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 1.37 2005/04/23 20:34:32 dillon Exp $
  74  */
  75
  76 #include "opt_ntp.h"
  77
  78 #include <sys/param.h>
  79 #include <sys/systm.h>
  80 #include <sys/dkstat.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 <sys/sysctl.h>
  95 #include <sys/thread2.h>
  96
  97 #include <machine/cpu.h>
  98 #include <machine/limits.h>
  99 #include <machine/smp.h>
 100
 101 #ifdef GPROF
 102 #include <sys/gmon.h>
 103 #endif
 104
 105 #ifdef DEVICE_POLLING
 106 extern void init_device_poll(void);
 107 extern void hardclock_device_poll(void);
 108 #endif /* DEVICE_POLLING */
 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 cp_time counts in microseconds, but most userland programs
 116  * just compare relative times against the total by delta.
 117  */
 118 struct cp_time cp_time;
 119
 120 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
 121     "LU", "CPU time statistics");
 122
 123 /*
 124  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 125  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 126  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 127  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 128  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 129  *
 130  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 131  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 132  * the real time.
 133  */
 134 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 135 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 136
 137 /*
 138  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 139  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 140  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 141  *
 142  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 143  * gd_cpuclock_base.
 144  *
 145  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 146  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 147  * interrupt races on UP systems.
 148  */
 149 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 150 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 151 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 152 static volatile int basetime_index;
 153
 154 static int
 155 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 156 {
 157         struct timespec *bt;
 158         int error;
 159
 160         bt = &basetime[basetime_index];
 161         if (req->oldptr != NULL)
 162                 error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 163         else
 164                 error = 0;
 165         return (error);
 166 }
 167
 168 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 169     &boottime, timeval, "System boottime");
 170 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 171     sysctl_get_basetime, "S,timeval", "System basetime");
 172
 173 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 174 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 175 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 176 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 177
 178 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 179 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 180 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 181 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 182
 183 /* NTPD time correction fields */
 184 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 185 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 186 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 187 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 188 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 189 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 190 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 191 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 192
 193 /*
 194  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 195  */
 196 /* ARGSUSED*/
 197 static void
 198 initclocks(void *dummy)
 199 {
 200         cpu_initclocks();
 201 #ifdef DEVICE_POLLING
 202         init_device_poll();
 203 #endif
 204         /*psratio = profhz / stathz;*/
 205         initclocks_pcpu();
 206         clocks_running = 1;
 207 }
 208
 209 /*
 210  * Called on a per-cpu basis
 211  */
 212 void
 213 initclocks_pcpu(void)
 214 {
 215         struct globaldata *gd = mycpu;
 216
 217         crit_enter();
 218         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 219             gd->gd_time_seconds = 1;
 220             gd->gd_cpuclock_base = cputimer_count();
 221         } else {
 222             /* XXX */
 223             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 224             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 225         }
 226
 227         /*
 228          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 229          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 230          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 231          * the actual sysclock, not the ticks count.
 232          */
 233         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 234         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 235         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 236         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 237                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 238         crit_exit();
 239 }
 240
 241 /*
 242  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 243  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 244  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 245  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 246  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 247  *
 248  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 249  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 250  */
 251 void
 252 set_timeofday(struct timespec *ts)
 253 {
 254         struct timespec *nbt;
 255         int ni;
 256
 257         /*
 258          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 259          */
 260         crit_enter();
 261         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 262         nbt = &basetime[ni];
 263         nanouptime(nbt);
 264         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 265         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 266         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 267             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 268             --nbt->tv_sec;
 269         }
 270
 271         /*
 272          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 273          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 274          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 275          * can simply assign boottime to basetime.
 276          *
 277          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 278          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 279          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 280          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 281          * into account in the basetime calculation above.
 282          */
 283         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 284         ntp_delta = 0;
 285
 286         /*
 287          * We now have a new basetime, update the index.
 288          */
 289         cpu_mb1();
 290         basetime_index = ni;
 291
 292         crit_exit();
 293 }
 294
 295 /*
 296  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 297  * on cpu #0.
 298  *
 299  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 300  * manipulate objects owned by the current cpu.
 301  */
 302 static void
 303 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 304 {
 305         sysclock_t cputicks;
 306         struct proc *p;
 307         struct pstats *pstats;
 308         struct globaldata *gd = mycpu;
 309
 310         /*
 311          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 312          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 313          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 314          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 315          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 316          * stay in synch.
 317          *
 318          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 319          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 320          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 321          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 322          * timers count events, though everything should resynch again
 323          * immediately.
 324          */
 325         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 326         if (cputicks >= cputimer_freq) {
 327                 ++gd->gd_time_seconds;
 328                 gd->gd_cpuclock_base += cputimer_freq;
 329         }
 330
 331         /*
 332          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 333          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 334          * by updating basetime.
 335          */
 336         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 337             struct timespec *nbt;
 338             struct timespec nts;
 339             int leap;
 340             int ni;
 341
 342             ++ticks;
 343
 344 #ifdef DEVICE_POLLING
 345             hardclock_device_poll();    /* mpsafe, short and quick */
 346 #endif /* DEVICE_POLLING */
 347
 348 #if 0
 349             if (tco->tc_poll_pps)
 350                 tco->tc_poll_pps(tco);
 351 #endif
 352
 353             /*
 354              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 355              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 356              * with the current basetime and then make adjustments.
 357              */
 358             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 359             nbt = &basetime[ni];
 360             *nbt = basetime[basetime_index];
 361
 362             /*
 363              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 364              *
 365              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 366              * sufficient to access these variables.
 367              */
 368             if (ntp_delta != 0) {
 369                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 370                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 371                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 372                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 373                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 374                 }
 375             }
 376
 377             /*
 378              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 379              */
 380             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 381                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 382                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 383                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 384                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 385                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 386                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 387                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 388                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 389                 }
 390             }
 391
 392             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 393                     nbt->tv_sec++;
 394                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 395             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 396                     nbt->tv_sec--;
 397                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 398             }
 399
 400             /*
 401              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 402              */
 403             if (nsec_adj != 0) {
 404                 nsec_acc += nsec_adj;
 405                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 406                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 407                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 408                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 409                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 410                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 411                 }
 412                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 413                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 414                     ++nbt->tv_sec;
 415                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 416                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 417                     --nbt->tv_sec;
 418                 }
 419             }
 420
 421             /************************************************************
 422              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 423              ************************************************************
 424              *
 425              * Taking into account all the corrections made above, figure
 426              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 427              * then apply any pending leap-second corrections.
 428              */
 429             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 430
 431             /*
 432              * Apply leap second (sysctl API)
 433              */
 434             if (ntp_leap_second) {
 435                 if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 436                         if (ntp_leap_insert)
 437                                 nbt->tv_sec++;
 438                         else
 439                                 nbt->tv_sec--;
 440                         ntp_leap_second--;
 441                 }
 442             }
 443
 444             /*
 445              * Apply leap second (ntp_adjtime() API)
 446              */
 447             if (time_second != nts.tv_sec) {
 448                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 449                 nbt->tv_sec += leap;
 450                 time_second = nbt->tv_sec;
 451                 nsec_adj /= hz;
 452             }
 453
 454             /*
 455              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 456              */
 457             cpu_mb1();
 458             basetime_index = ni;
 459         }
 460
 461         /*
 462          * softticks are handled for all cpus
 463          */
 464         hardclock_softtick(gd);
 465
 466         /*
 467          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 468          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 469          */
 470         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 471                 pstats = p->p_stats;
 472                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 473                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 474                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 475                         psignal(p, SIGVTALRM);
 476                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 477                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 478                         psignal(p, SIGPROF);
 479                 rel_mplock();
 480         }
 481         setdelayed();
 482 }
 483
 484 /*
 485  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 486  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 487  *
 488  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 489  * manipulate objects owned by the current cpu.
 490  *
 491  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 492  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 493  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 494  * p->p_estcpu.
 495  *
 496  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 497  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 498  * interrupted.
 499  */
 500 static void
 501 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 502 {
 503 #ifdef GPROF
 504         struct gmonparam *g;
 505         int i;
 506 #endif
 507         thread_t td;
 508         struct proc *p;
 509         int bump;
 510         struct timeval tv;
 511         struct timeval *stv;
 512
 513         /*
 514          * How big was our timeslice relative to the last time?
 515          */
 516         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 517         stv = &mycpu->gd_stattv;
 518         if (stv->tv_sec == 0) {
 519             bump = 1;
 520         } else {
 521             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 522                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 523             if (bump < 0)
 524                 bump = 0;
 525             if (bump > 1000000)
 526                 bump = 1000000;
 527         }
 528         *stv = tv;
 529
 530         td = curthread;
 531         p = td->td_proc;
 532
 533         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 534                 /*
 535                  * Came from userland, handle user time and deal with
 536                  * possible process.
 537                  */
 538                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 539                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 540                 td->td_uticks += bump;
 541
 542                 /*
 543                  * Charge the time as appropriate
 544                  */
 545                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 546                         cp_time.cp_nice += bump;
 547                 else
 548                         cp_time.cp_user += bump;
 549         } else {
 550 #ifdef GPROF
 551                 /*
 552                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 553                  */
 554                 g = &_gmonparam;
 555                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 556                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 557                         if (i < g->textsize) {
 558                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 559                                 g->kcount[i]++;
 560                         }
 561                 }
 562 #endif
 563                 /*
 564                  * Came from kernel mode, so we were:
 565                  * - handling an interrupt,
 566                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 567                  *   user process, or
 568                  * - spinning in the idle loop.
 569                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 570                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 571                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 572                  * so that we know how much of its real time was spent
 573                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 574                  *
 575                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 576                  * can occur if ipi processing is done from an splx().
 577                  */
 578                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 579                         td->td_iticks += bump;
 580                 else
 581                         td->td_sticks += bump;
 582
 583                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 584                         cp_time.cp_intr += bump;
 585                 } else {
 586                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 587                                 cp_time.cp_idle += bump;
 588                         else
 589                                 cp_time.cp_sys += bump;
 590                 }
 591         }
 592 }
 593
 594 /*
 595  * The scheduler clock typically runs at a 20Hz rate.  NOTE! systimer,
 596  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 597  * but that's about it.
 598  */
 599 static void
 600 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 601 {
 602         struct proc *p;
 603         struct pstats *pstats;
 604         struct rusage *ru;
 605         struct vmspace *vm;
 606         long rss;
 607
 608         schedulerclock(NULL);   /* mpsafe */
 609         if ((p = curproc) != NULL) {
 610                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 611                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 612                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 613                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 614                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 615                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 616                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 617                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 618                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 619                                 ru->ru_maxrss = rss;
 620                 }
 621         }
 622 }
 623
 624 /*
 625  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 626  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 627  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 628  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 629  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 630  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 631  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 632  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 633  *
 634  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 635  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 636  * the unsigned long maximum.
 637  *
 638  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 639  * 10ms ticks is 248 days.
 640  */
 641 int
 642 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 643 {
 644         int ticks;
 645         long sec, usec;
 646
 647         sec = tv->tv_sec;
 648         usec = tv->tv_usec;
 649         if (usec < 0) {
 650                 sec--;
 651                 usec += 1000000;
 652         }
 653         if (sec < 0) {
 654 #ifdef DIAGNOSTIC
 655                 if (usec > 0) {
 656                         sec++;
 657                         usec -= 1000000;
 658                 }
 659                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 660                        sec, usec);
 661 #endif
 662                 ticks = 1;
 663         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 664                 ticks = (int)(sec * hz +
 665                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 666         } else {
 667                 ticks = INT_MAX;
 668         }
 669         return (ticks);
 670 }
 671
 672 /*
 673  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 674  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 675  * of ticks will not result in a late return.
 676  *
 677  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 678  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 679  * 1 tick.
 680  *
 681  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 682  * 10ms ticks is 248 days.
 683  */
 684 int
 685 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 686 {
 687         int ticks;
 688         long sec;
 689
 690         sec = tv->tv_sec;
 691         if (sec <= INT_MAX / hz)
 692                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 693         else
 694                 ticks = INT_MAX;
 695         return (ticks);
 696 }
 697
 698
 699 /*
 700  * Start profiling on a process.
 701  *
 702  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 703  * keeps the profile clock running constantly.
 704  */
 705 void
 706 startprofclock(struct proc *p)
 707 {
 708         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 709                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 710 #if 0   /* XXX */
 711                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 712                         s = splstatclock();
 713                         psdiv = psratio;
 714                         setstatclockrate(profhz);
 715                         splx(s);
 716                 }
 717 #endif
 718         }
 719 }
 720
 721 /*
 722  * Stop profiling on a process.
 723  */
 724 void
 725 stopprofclock(struct proc *p)
 726 {
 727         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 728                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 729 #if 0   /* XXX */
 730                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 731                         s = splstatclock();
 732                         psdiv = 1;
 733                         setstatclockrate(stathz);
 734                         splx(s);
 735                 }
 736 #endif
 737         }
 738 }
 739
 740 /*
 741  * Return information about system clocks.
 742  */
 743 static int
 744 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 745 {
 746         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 747         /*
 748          * Construct clockinfo structure.
 749          */
 750         clkinfo.ci_hz = hz;
 751         clkinfo.ci_tick = tick;
 752         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 753         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 754         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 755         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 756 }
 757
 758 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 759         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 760
 761 /*
 762  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 763  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 764  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 765  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 766  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 767  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 768  * time relative to system boot, these are well suited for time
 769  * interval measurements.
 770  *
 771  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 772  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 773  * check on the seconds field changing out from under us.
 774  *
 775  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
 776  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
 777  * cputimer_freq.  If this occurs the cputimer_freq64_nsec multiplication
 778  * can easily overflow, so we deal with the case.  For uniformity we deal
 779  * with the case in the usec case too.
 780  */
 781 void
 782 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 783 {
 784         struct globaldata *gd = mycpu;
 785         sysclock_t delta;
 786
 787         do {
 788                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 789                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 790         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 791
 792         if (delta >= cputimer_freq) {
 793                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 794                 delta %= cputimer_freq;
 795         }
 796         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 797         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 798                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 799                 ++tvp->tv_sec;
 800         }
 801 }
 802
 803 void
 804 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 805 {
 806         struct globaldata *gd = mycpu;
 807         sysclock_t delta;
 808
 809         do {
 810                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 811                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 812         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 813
 814         if (delta >= cputimer_freq) {
 815                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 816                 delta %= cputimer_freq;
 817         }
 818         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 819 }
 820
 821 void
 822 microuptime(struct timeval *tvp)
 823 {
 824         struct globaldata *gd = mycpu;
 825         sysclock_t delta;
 826
 827         do {
 828                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 829                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 830         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 831
 832         if (delta >= cputimer_freq) {
 833                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 834                 delta %= cputimer_freq;
 835         }
 836         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 837 }
 838
 839 void
 840 nanouptime(struct timespec *tsp)
 841 {
 842         struct globaldata *gd = mycpu;
 843         sysclock_t delta;
 844
 845         do {
 846                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 847                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 848         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 849
 850         if (delta >= cputimer_freq) {
 851                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 852                 delta %= cputimer_freq;
 853         }
 854         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 855 }
 856
 857 /*
 858  * realtime routines
 859  */
 860
 861 void
 862 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 863 {
 864         struct globaldata *gd = mycpu;
 865         struct timespec *bt;
 866         sysclock_t delta;
 867
 868         do {
 869                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 870                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 871         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 872
 873         if (delta >= cputimer_freq) {
 874                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 875                 delta %= cputimer_freq;
 876         }
 877         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 878
 879         bt = &basetime[basetime_index];
 880         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 881         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 882         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 883                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 884                 ++tvp->tv_sec;
 885         }
 886 }
 887
 888 void
 889 getnanotime(struct timespec *tsp)
 890 {
 891         struct globaldata *gd = mycpu;
 892         struct timespec *bt;
 893         sysclock_t delta;
 894
 895         do {
 896                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 897                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 898         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 899
 900         if (delta >= cputimer_freq) {
 901                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 902                 delta %= cputimer_freq;
 903         }
 904         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 905
 906         bt = &basetime[basetime_index];
 907         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 908         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 909         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 910                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 911                 ++tsp->tv_sec;
 912         }
 913 }
 914
 915 static void
 916 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
 917 {
 918         struct globaldata *gd = mycpu;
 919         sysclock_t delta;
 920
 921         do {
 922                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 923                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 924         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 925
 926         if (delta >= cputimer_freq) {
 927                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 928                 delta %= cputimer_freq;
 929         }
 930         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 931
 932         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
 933         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
 934         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 935                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 936                 ++tsp->tv_sec;
 937         }
 938 }
 939
 940
 941 void
 942 microtime(struct timeval *tvp)
 943 {
 944         struct globaldata *gd = mycpu;
 945         struct timespec *bt;
 946         sysclock_t delta;
 947
 948         do {
 949                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 950                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 951         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 952
 953         if (delta >= cputimer_freq) {
 954                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 955                 delta %= cputimer_freq;
 956         }
 957         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 958
 959         bt = &basetime[basetime_index];
 960         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 961         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 962         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 963                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 964                 ++tvp->tv_sec;
 965         }
 966 }
 967
 968 void
 969 nanotime(struct timespec *tsp)
 970 {
 971         struct globaldata *gd = mycpu;
 972         struct timespec *bt;
 973         sysclock_t delta;
 974
 975         do {
 976                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 977                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 978         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 979
 980         if (delta >= cputimer_freq) {
 981                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 982                 delta %= cputimer_freq;
 983         }
 984         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 985
 986         bt = &basetime[basetime_index];
 987         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 988         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 989         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 990                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 991                 ++tsp->tv_sec;
 992         }
 993 }
 994
 995 /*
 996  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
 997  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
 998  */
 999 time_t
1000 get_approximate_time_t(void)
1001 {
1002         struct globaldata *gd = mycpu;
1003         struct timespec *bt;
1004
1005         bt = &basetime[basetime_index];
1006         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1007 }
1008
1009 int
1010 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1011 {
1012         pps_params_t *app;
1013         struct pps_fetch_args *fapi;
1014 #ifdef PPS_SYNC
1015         struct pps_kcbind_args *kapi;
1016 #endif
1017
1018         switch (cmd) {
1019         case PPS_IOC_CREATE:
1020                 return (0);
1021         case PPS_IOC_DESTROY:
1022                 return (0);
1023         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1024                 app = (pps_params_t *)data;
1025                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1026                         return (EINVAL);
1027                 pps->ppsparam = *app;
1028                 return (0);
1029         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1030                 app = (pps_params_t *)data;
1031                 *app = pps->ppsparam;
1032                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1033                 return (0);
1034         case PPS_IOC_GETCAP:
1035                 *(int*)data = pps->ppscap;
1036                 return (0);
1037         case PPS_IOC_FETCH:
1038                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1039                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1040                         return (EINVAL);
1041                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1042                         return (EOPNOTSUPP);
1043                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1044                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1045                 return (0);
1046         case PPS_IOC_KCBIND:
1047 #ifdef PPS_SYNC
1048                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1049                 /* XXX Only root should be able to do this */
1050                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1051                         return (EINVAL);
1052                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1053                         return (EINVAL);
1054                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1055                         return (EINVAL);
1056                 pps->kcmode = kapi->edge;
1057                 return (0);
1058 #else
1059                 return (EOPNOTSUPP);
1060 #endif
1061         default:
1062                 return (ENOTTY);
1063         }
1064 }
1065
1066 void
1067 pps_init(struct pps_state *pps)
1068 {
1069         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1070         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1071                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1072         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1073                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1074 }
1075
1076 void
1077 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1078 {
1079         struct globaldata *gd;
1080         struct timespec *tsp;
1081         struct timespec *osp;
1082         struct timespec *bt;
1083         struct timespec ts;
1084         sysclock_t *pcount;
1085 #ifdef PPS_SYNC
1086         sysclock_t tcount;
1087 #endif
1088         sysclock_t delta;
1089         pps_seq_t *pseq;
1090         int foff;
1091         int fhard;
1092
1093         gd = mycpu;
1094
1095         /* Things would be easier with arrays... */
1096         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1097                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1098                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1099                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1100                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1101                 pcount = &pps->ppscount[0];
1102                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1103         } else {
1104                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1105                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1106                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1107                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1108                 pcount = &pps->ppscount[1];
1109                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1110         }
1111
1112         /* Nothing really happened */
1113         if (*pcount == count)
1114                 return;
1115
1116         *pcount = count;
1117
1118         do {
1119                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1120                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1121         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1122
1123         if (delta >= cputimer_freq) {
1124                 ts.tv_sec += delta / cputimer_freq;
1125                 delta %= cputimer_freq;
1126         }
1127         ts.tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
1128         bt = &basetime[basetime_index];
1129         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1130         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1131         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1132                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1133                 ++ts.tv_sec;
1134         }
1135
1136         (*pseq)++;
1137         *tsp = ts;
1138
1139         if (foff) {
1140                 timespecadd(tsp, osp);
1141                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1142                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1143                         tsp->tv_sec -= 1;
1144                 }
1145         }
1146 #ifdef PPS_SYNC
1147         if (fhard) {
1148                 /* magic, at its best... */
1149                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1150                 pps->ppscount[2] = count;
1151                 if (tcount >= cputimer_freq) {
1152                         delta = (1000000000 * (tcount / cputimer_freq) +
1153                                  cputimer_freq64_nsec *
1154                                  (tcount % cputimer_freq)) >> 32;
1155                 } else {
1156                         delta = (cputimer_freq64_nsec * tcount) >> 32;
1157                 }
1158                 hardpps(tsp, delta);
1159         }
1160 #endif
1161 }
1162