sys/kern/kern_poll.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2001-2002 Luigi Rizzo
   3  *
   4  * Supported by: the Xorp Project (www.xorp.org)
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHORS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  *
  27  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_poll.c,v 1.2.2.4 2002/06/27 23:26:33 luigi Exp $
  28  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_poll.c,v 1.7 2004/01/30 05:42:17 dillon Exp $
  29  */
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <sys/systm.h>
  33 #include <sys/kernel.h>
  34 #include <sys/socket.h>                 /* needed by net/if.h           */
  35 #include <sys/sysctl.h>
  36
  37 #include <i386/include/md_var.h>        /* for vm_page_zero_idle()      */
  38 #include <net/if.h>                     /* for IFF_* flags              */
  39 #include <net/netisr.h>                 /* for NETISR_POLL              */
  40
  41 #ifdef SMP
  42 #include "opt_lint.h"
  43 #ifndef COMPILING_LINT
  44 #error DEVICE_POLLING is not compatible with SMP
  45 #endif
  46 #endif
  47
  48 static void netisr_poll(struct mbuf *); /* the two netisr handlers      */
  49 static void netisr_pollmore(struct mbuf *);
  50
  51 void init_device_poll(void);            /* init routine                 */
  52 void hardclock_device_poll(void);       /* hook from hardclock          */
  53 void ether_poll(int);                   /* polling while in trap        */
  54 int idle_poll(void);                    /* poll while in idle loop      */
  55
  56 /*
  57  * Polling support for [network] device drivers.
  58  *
  59  * Drivers which support this feature try to register with the
  60  * polling code.
  61  *
  62  * If registration is successful, the driver must disable interrupts,
  63  * and further I/O is performed through the handler, which is invoked
  64  * (at least once per clock tick) with 3 arguments: the "arg" passed at
  65  * register time (a struct ifnet pointer), a command, and a "count" limit.
  66  *
  67  * The command can be one of the following:
  68  *  POLL_ONLY: quick move of "count" packets from input/output queues.
  69  *  POLL_AND_CHECK_STATUS: as above, plus check status registers or do
  70  *      other more expensive operations. This command is issued periodically
  71  *      but less frequently than POLL_ONLY.
  72  *  POLL_DEREGISTER: deregister and return to interrupt mode.
  73  *
  74  * The first two commands are only issued if the interface is marked as
  75  * 'IFF_UP and IFF_RUNNING', the last one only if IFF_RUNNING is set.
  76  *
  77  * The count limit specifies how much work the handler can do during the
  78  * call -- typically this is the number of packets to be received, or
  79  * transmitted, etc. (drivers are free to interpret this number, as long
  80  * as the max time spent in the function grows roughly linearly with the
  81  * count).
  82  *
  83  * Deregistration can be requested by the driver itself (typically in the
  84  * *_stop() routine), or by the polling code, by invoking the handler.
  85  *
  86  * Polling can be globally enabled or disabled with the sysctl variable
  87  * kern.polling.enable (default is 0, disabled)
  88  *
  89  * A second variable controls the sharing of CPU between polling/kernel
  90  * network processing, and other activities (typically userlevel tasks):
  91  * kern.polling.user_frac (between 0 and 100, default 50) sets the share
  92  * of CPU allocated to user tasks. CPU is allocated proportionally to the
  93  * shares, by dynamically adjusting the "count" (poll_burst).
  94  *
  95  * Other parameters can should be left to their default values.
  96  * The following constraints hold
  97  *
  98  *      1 <= poll_each_burst <= poll_burst <= poll_burst_max
  99  *      0 <= poll_in_trap <= poll_each_burst
 100  *      MIN_POLL_BURST_MAX <= poll_burst_max <= MAX_POLL_BURST_MAX
 101  */
 102
 103 #define MIN_POLL_BURST_MAX      10
 104 #define MAX_POLL_BURST_MAX      1000
 105
 106 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, polling, CTLFLAG_RW, 0,
 107         "Device polling parameters");
 108
 109 static u_int32_t poll_burst = 5;
 110 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, burst, CTLFLAG_RW,
 111         &poll_burst, 0, "Current polling burst size");
 112
 113 static u_int32_t poll_each_burst = 5;
 114 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, each_burst, CTLFLAG_RW,
 115         &poll_each_burst, 0, "Max size of each burst");
 116
 117 static u_int32_t poll_burst_max = 150;  /* good for 100Mbit net and HZ=1000 */
 118 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, burst_max, CTLFLAG_RW,
 119         &poll_burst_max, 0, "Max Polling burst size");
 120
 121 static u_int32_t poll_in_idle_loop=1;           /* do we poll in idle loop ? */
 122 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, idle_poll, CTLFLAG_RW,
 123         &poll_in_idle_loop, 0, "Enable device polling in idle loop");
 124
 125 u_int32_t poll_in_trap;                 /* used in trap.c */
 126 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, poll_in_trap, CTLFLAG_RW,
 127         &poll_in_trap, 0, "Poll burst size during a trap");
 128
 129 static u_int32_t user_frac = 50;
 130 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, user_frac, CTLFLAG_RW,
 131         &user_frac, 0, "Desired user fraction of cpu time");
 132
 133 static u_int32_t reg_frac = 20 ;
 134 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, reg_frac, CTLFLAG_RW,
 135         &reg_frac, 0, "Every this many cycles poll register");
 136
 137 static u_int32_t short_ticks;
 138 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, short_ticks, CTLFLAG_RW,
 139         &short_ticks, 0, "Hardclock ticks shorter than they should be");
 140
 141 static u_int32_t lost_polls;
 142 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, lost_polls, CTLFLAG_RW,
 143         &lost_polls, 0, "How many times we would have lost a poll tick");
 144
 145 static u_int32_t pending_polls;
 146 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, pending_polls, CTLFLAG_RW,
 147         &pending_polls, 0, "Do we need to poll again");
 148
 149 static int residual_burst = 0;
 150 SYSCTL_INT(_kern_polling, OID_AUTO, residual_burst, CTLFLAG_RW,
 151         &residual_burst, 0, "# of residual cycles in burst");
 152
 153 static u_int32_t poll_handlers; /* next free entry in pr[]. */
 154 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, handlers, CTLFLAG_RD,
 155         &poll_handlers, 0, "Number of registered poll handlers");
 156
 157 static int polling = 0;         /* global polling enable */
 158 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, enable, CTLFLAG_RW,
 159         &polling, 0, "Polling enabled");
 160
 161 static u_int32_t phase;
 162 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, phase, CTLFLAG_RW,
 163         &phase, 0, "Polling phase");
 164
 165 static u_int32_t suspect;
 166 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, suspect, CTLFLAG_RW,
 167         &suspect, 0, "suspect event");
 168
 169 static u_int32_t stalled;
 170 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, stalled, CTLFLAG_RW,
 171         &stalled, 0, "potential stalls");
 172
 173
 174 #define POLL_LIST_LEN  128
 175 struct pollrec {
 176         poll_handler_t  *handler;
 177         struct ifnet    *ifp;
 178 };
 179
 180 static struct pollrec pr[POLL_LIST_LEN];
 181
 182 /*
 183  * register relevant netisr. Called from kern_clock.c:
 184  */
 185 void
 186 init_device_poll(void)
 187 {
 188         netisr_register(NETISR_POLL, cpu0_portfn, netisr_poll);
 189         netisr_register(NETISR_POLLMORE, cpu0_portfn, netisr_pollmore);
 190 }
 191
 192 /*
 193  * Hook from hardclock. Tries to schedule a netisr, but keeps track
 194  * of lost ticks due to the previous handler taking too long.
 195  * Normally, this should not happen, because polling handler should
 196  * run for a short time. However, in some cases (e.g. when there are
 197  * changes in link status etc.) the drivers take a very long time
 198  * (even in the order of milliseconds) to reset and reconfigure the
 199  * device, causing apparent lost polls.
 200  *
 201  * The first part of the code is just for debugging purposes, and tries
 202  * to count how often hardclock ticks are shorter than they should,
 203  * meaning either stray interrupts or delayed events.
 204  *
 205  * WARNING! called from fastint or IPI, the MP lock might not be held.
 206  */
 207 void
 208 hardclock_device_poll(void)
 209 {
 210         static struct timeval prev_t, t;
 211         int delta;
 212
 213         if (poll_handlers == 0)
 214                 return;
 215
 216         microuptime(&t);
 217         delta = (t.tv_usec - prev_t.tv_usec) +
 218                 (t.tv_sec - prev_t.tv_sec)*1000000;
 219         if (delta * hz < 500000)
 220                 short_ticks++;
 221         else
 222                 prev_t = t;
 223
 224         if (pending_polls > 100) {
 225                 /*
 226                  * Too much, assume it has stalled (not always true
 227                  * see comment above).
 228                  */
 229                 stalled++;
 230                 pending_polls = 0;
 231                 phase = 0;
 232         }
 233
 234         if (phase <= 2) {
 235                 if (phase != 0)
 236                         suspect++;
 237                 phase = 1;
 238                 schednetisr(NETISR_POLL);
 239                 phase = 2;
 240         }
 241         if (pending_polls++ > 0)
 242                 lost_polls++;
 243 }
 244
 245 /*
 246  * ether_poll is called from the idle loop or from the trap handler.
 247  */
 248 void
 249 ether_poll(int count)
 250 {
 251         int i;
 252         int s = splimp();
 253
 254         if (count > poll_each_burst)
 255                 count = poll_each_burst;
 256         for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++)
 257                 if (pr[i].handler && (IFF_UP|IFF_RUNNING) ==
 258                     (pr[i].ifp->if_flags & (IFF_UP|IFF_RUNNING)) )
 259                         pr[i].handler(pr[i].ifp, 0, count); /* quick check */
 260         splx(s);
 261 }
 262
 263 /*
 264  * idle_poll is replaces the body of the idle loop when DEVICE_POLLING
 265  * is used.  YYY not currently implemented.
 266  */
 267 int
 268 idle_poll(void)
 269 {
 270         if (poll_in_idle_loop && poll_handlers > 0) {
 271                 int s = splimp();
 272                 cpu_enable_intr();
 273                 ether_poll(poll_each_burst);
 274                 cpu_disable_intr();
 275                 splx(s);
 276                 vm_page_zero_idle();
 277                 return 1;
 278         } else
 279                 return vm_page_zero_idle();
 280 }
 281
 282 /*
 283  * netisr_pollmore is called after other netisr's, possibly scheduling
 284  * another NETISR_POLL call, or adapting the burst size for the next cycle.
 285  *
 286  * It is very bad to fetch large bursts of packets from a single card at once,
 287  * because the burst could take a long time to be completely processed, or
 288  * could saturate the intermediate queue (ipintrq or similar) leading to
 289  * losses or unfairness. To reduce the problem, and also to account better for
 290  * time spent in network-related processing, we split the burst in smaller
 291  * chunks of fixed size, giving control to the other netisr's between chunks.
 292  * This helps in improving the fairness, reducing livelock (because we
 293  * emulate more closely the "process to completion" that we have with
 294  * fastforwarding) and accounting for the work performed in low level
 295  * handling and forwarding.
 296  */
 297
 298 static struct timeval poll_start_t;
 299
 300 /* ARGSUSED */
 301 static void
 302 netisr_pollmore(struct mbuf *dummy __unused)
 303 {
 304         struct timeval t;
 305         int kern_load;
 306         int s = splhigh();
 307
 308         phase = 5;
 309         if (residual_burst > 0) {
 310                 schednetisr(NETISR_POLL);
 311                 /* will run immediately on return, followed by netisrs */
 312                 splx(s);
 313                 return ;
 314         }
 315         /* here we can account time spent in netisr's in this tick */
 316         microuptime(&t);
 317         kern_load = (t.tv_usec - poll_start_t.tv_usec) +
 318                 (t.tv_sec - poll_start_t.tv_sec)*1000000;       /* us */
 319         kern_load = (kern_load * hz) / 10000;                   /* 0..100 */
 320         if (kern_load > (100 - user_frac)) { /* try decrease ticks */
 321                 if (poll_burst > 1)
 322                         poll_burst--;
 323         } else {
 324                 if (poll_burst < poll_burst_max)
 325                         poll_burst++;
 326         }
 327
 328         pending_polls--;
 329         if (pending_polls == 0) /* we are done */
 330                 phase = 0;
 331         else {
 332                 /*
 333                  * Last cycle was long and caused us to miss one or more
 334                  * hardclock ticks. Restart processing again, but slightly
 335                  * reduce the burst size to prevent that this happens again.
 336                  */
 337                 poll_burst -= (poll_burst / 8);
 338                 if (poll_burst < 1)
 339                         poll_burst = 1;
 340                 schednetisr(NETISR_POLL);
 341                 phase = 6;
 342         }
 343         splx(s);
 344 }
 345
 346 /*
 347  * netisr_poll is scheduled by schednetisr when appropriate, typically once
 348  * per tick. It is called at splnet() so first thing to do is to upgrade to
 349  * splimp(), and call all registered handlers.
 350  */
 351 /* ARGSUSED */
 352 static void
 353 netisr_poll(struct mbuf *dummy __unused)
 354 {
 355         static int reg_frac_count;
 356         int i, cycles;
 357         enum poll_cmd arg = POLL_ONLY;
 358         int s=splimp();
 359
 360         phase = 3;
 361         if (residual_burst == 0) { /* first call in this tick */
 362                 microuptime(&poll_start_t);
 363                 /*
 364                  * Check that paremeters are consistent with runtime
 365                  * variables. Some of these tests could be done at sysctl
 366                  * time, but the savings would be very limited because we
 367                  * still have to check against reg_frac_count and
 368                  * poll_each_burst. So, instead of writing separate sysctl
 369                  * handlers, we do all here.
 370                  */
 371
 372                 if (reg_frac > hz)
 373                         reg_frac = hz;
 374                 else if (reg_frac < 1)
 375                         reg_frac = 1;
 376                 if (reg_frac_count > reg_frac)
 377                         reg_frac_count = reg_frac - 1;
 378                 if (reg_frac_count-- == 0) {
 379                         arg = POLL_AND_CHECK_STATUS;
 380                         reg_frac_count = reg_frac - 1;
 381                 }
 382                 if (poll_burst_max < MIN_POLL_BURST_MAX)
 383                         poll_burst_max = MIN_POLL_BURST_MAX;
 384                 else if (poll_burst_max > MAX_POLL_BURST_MAX)
 385                         poll_burst_max = MAX_POLL_BURST_MAX;
 386
 387                 if (poll_each_burst < 1)
 388                         poll_each_burst = 1;
 389                 else if (poll_each_burst > poll_burst_max)
 390                         poll_each_burst = poll_burst_max;
 391
 392                 residual_burst = poll_burst;
 393         }
 394         cycles = (residual_burst < poll_each_burst) ?
 395                 residual_burst : poll_each_burst;
 396         residual_burst -= cycles;
 397
 398         if (polling) {
 399                 for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++)
 400                         if (pr[i].handler && (IFF_UP|IFF_RUNNING) ==
 401                             (pr[i].ifp->if_flags & (IFF_UP|IFF_RUNNING)) )
 402                                 pr[i].handler(pr[i].ifp, arg, cycles);
 403         } else {        /* unregister */
 404                 for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++) {
 405                         if (pr[i].handler &&
 406                             pr[i].ifp->if_flags & IFF_RUNNING) {
 407                                 pr[i].ifp->if_ipending &= ~IFF_POLLING;
 408                                 pr[i].handler(pr[i].ifp, POLL_DEREGISTER, 1);
 409                         }
 410                         pr[i].handler=NULL;
 411                 }
 412                 residual_burst = 0;
 413                 poll_handlers = 0;
 414         }
 415         schednetisr(NETISR_POLLMORE);
 416         phase = 4;
 417         splx(s);
 418 }
 419
 420 /*
 421  * Try to register routine for polling. Returns 1 if successful
 422  * (and polling should be enabled), 0 otherwise.
 423  * A device is not supposed to register itself multiple times.
 424  *
 425  * This is called from within the *_intr() functions, so we do not need
 426  * further locking.
 427  */
 428 int
 429 ether_poll_register(poll_handler_t *h, struct ifnet *ifp)
 430 {
 431         int s;
 432
 433         if (polling == 0) /* polling disabled, cannot register */
 434                 return 0;
 435         if (h == NULL || ifp == NULL)           /* bad arguments        */
 436                 return 0;
 437         if ( !(ifp->if_flags & IFF_UP) )        /* must be up           */
 438                 return 0;
 439         if (ifp->if_ipending & IFF_POLLING)     /* already polling      */
 440                 return 0;
 441
 442         s = splhigh();
 443         if (poll_handlers >= POLL_LIST_LEN) {
 444                 /*
 445                  * List full, cannot register more entries.
 446                  * This should never happen; if it does, it is probably a
 447                  * broken driver trying to register multiple times. Checking
 448                  * this at runtime is expensive, and won't solve the problem
 449                  * anyways, so just report a few times and then give up.
 450                  */
 451                 static int verbose = 10 ;
 452                 splx(s);
 453                 if (verbose >0) {
 454                         printf("poll handlers list full, "
 455                                 "maybe a broken driver ?\n");
 456                         verbose--;
 457                 }
 458                 return 0; /* no polling for you */
 459         }
 460
 461         pr[poll_handlers].handler = h;
 462         pr[poll_handlers].ifp = ifp;
 463         poll_handlers++;
 464         ifp->if_ipending |= IFF_POLLING;
 465         splx(s);
 466         return 1; /* polling enabled in next call */
 467 }
 468
 469 /*
 470  * Remove interface from the polling list. Normally called by *_stop().
 471  * It is not an error to call it with IFF_POLLING clear, the call is
 472  * sufficiently rare to be preferable to save the space for the extra
 473  * test in each driver in exchange of one additional function call.
 474  */
 475 int
 476 ether_poll_deregister(struct ifnet *ifp)
 477 {
 478         int i;
 479         int s = splimp();
 480
 481         if ( !ifp || !(ifp->if_ipending & IFF_POLLING) ) {
 482                 splx(s);
 483                 return 0;
 484         }
 485         for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++)
 486                 if (pr[i].ifp == ifp) /* found it */
 487                         break;
 488         ifp->if_ipending &= ~IFF_POLLING; /* found or not... */
 489         if (i == poll_handlers) {
 490                 splx(s);
 491                 printf("ether_poll_deregister: ifp not found!!!\n");
 492                 return 0;
 493         }
 494         poll_handlers--;
 495         if (i < poll_handlers) { /* Last entry replaces this one. */
 496                 pr[i].handler = pr[poll_handlers].handler;
 497                 pr[i].ifp = pr[poll_handlers].ifp;
 498         }
 499         splx(s);
 500         return 1;
 501 }