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_ifpoll.h"
  73 #include "opt_pctrack.h"
  74
  75 #include <sys/param.h>
  76 #include <sys/systm.h>
  77 #include <sys/callout.h>
  78 #include <sys/kernel.h>
  79 #include <sys/kinfo.h>
  80 #include <sys/proc.h>
  81 #include <sys/malloc.h>
  82 #include <sys/resource.h>
  83 #include <sys/resourcevar.h>
  84 #include <sys/signalvar.h>
  85 #include <sys/priv.h>
  86 #include <sys/timex.h>
  87 #include <sys/timepps.h>
  88 #include <sys/upmap.h>
  89 #include <vm/vm.h>
  90 #include <sys/lock.h>
  91 #include <vm/pmap.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <vm/vm_extern.h>
  94 #include <sys/sysctl.h>
  95
  96 #include <sys/thread2.h>
  97 #include <sys/mplock2.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 GPROF
 108 #include <sys/gmon.h>
 109 #endif
 110
 111 #ifdef IFPOLL_ENABLE
 112 extern void ifpoll_init_pcpu(int);
 113 #endif
 114
 115 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 116 static void do_pctrack(struct intrframe *frame, int which);
 117 #endif
 118
 119 static void initclocks (void *dummy);
 120 SYSINIT(clocks, SI_BOOT2_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL);
 121
 122 /*
 123  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
 124  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
 125  * just compare relative times against the total by delta.
 126  */
 127 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
 128 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 129 struct kinfo_pcheader cputime_pcheader = { PCTRACK_SIZE, PCTRACK_ARYSIZE };
 130 struct kinfo_pctrack cputime_pctrack[MAXCPU][PCTRACK_SIZE];
 131 #endif
 132
 133 static int
 134 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 135 {
 136         int cpu, error = 0;
 137         int root_error;
 138         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
 139         struct kinfo_cputime tmp;
 140
 141         /*
 142          * NOTE: For security reasons, only root can sniff %rip
 143          */
 144         root_error = priv_check_cred(curthread->td_ucred, PRIV_ROOT, 0);
 145
 146         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 147                 tmp = cputime_percpu[cpu];
 148                 if (root_error == 0) {
 149                         tmp.cp_sample_pc =
 150                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_pc;
 151                         tmp.cp_sample_sp =
 152                                 (int64_t)globaldata_find(cpu)->gd_sample_sp;
 153                 }
 154                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &tmp, size)) != 0)
 155                         break;
 156         }
 157
 158         if (root_error == 0)
 159                 smp_sniff();
 160
 161         return (error);
 162 }
 163 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 164         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
 165
 166 static int
 167 sysctl_cp_time(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 168 {
 169         long cpu_states[5] = {0};
 170         int cpu, error = 0;
 171         size_t size = sizeof(cpu_states);
 172
 173         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 174                 cpu_states[CP_USER] += cputime_percpu[cpu].cp_user;
 175                 cpu_states[CP_NICE] += cputime_percpu[cpu].cp_nice;
 176                 cpu_states[CP_SYS] += cputime_percpu[cpu].cp_sys;
 177                 cpu_states[CP_INTR] += cputime_percpu[cpu].cp_intr;
 178                 cpu_states[CP_IDLE] += cputime_percpu[cpu].cp_idle;
 179         }
 180
 181         error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
 182
 183         return (error);
 184 }
 185
 186 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_time, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 187         sysctl_cp_time, "LU", "CPU time statistics");
 188
 189 /*
 190  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 191  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 192  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 193  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 194  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 195  *
 196  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 197  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 198  * the real time.
 199  *
 200  * WARNING! time_second can backstep on time corrections. Also, unlike
 201  *          time_second, time_uptime is not a "real" time_t (seconds
 202  *          since the Epoch) but seconds since booting.
 203  */
 204 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 205 time_t time_second;             /* read-only 'passive' realtime in seconds */
 206 time_t time_uptime;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 207
 208 /*
 209  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 210  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 211  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 212  *
 213  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 214  * gd_cpuclock_base.
 215  *
 216  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 217  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 218  * interrupt races on UP systems.
 219  */
 220 struct hardtime {
 221         __uint32_t time_second;
 222         sysclock_t cpuclock_base;
 223 };
 224
 225 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 226 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 227 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 228 static struct hardtime hardtime[BASETIME_ARYSIZE];
 229 static volatile int basetime_index;
 230
 231 static int
 232 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 233 {
 234         struct timespec *bt;
 235         int error;
 236         int index;
 237
 238         /*
 239          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
 240          * a load fence is required to ensure that the data we read has
 241          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
 242          */
 243         index = basetime_index;
 244         cpu_lfence();
 245         bt = &basetime[index];
 246         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 247         return (error);
 248 }
 249
 250 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 251     &boottime, timespec, "System boottime");
 252 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 253     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 254
 255 static void hardclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
 256 static void statclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
 257 static void schedclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
 258 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 259
 260 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 261 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 262 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 263 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 264 int     sched_ticks;            /* global schedule clock ticks */
 265
 266 /* NTPD time correction fields */
 267 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 268 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 269 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 270 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 271 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 272 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 273 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 274 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 275 struct spinlock ntp_spin;
 276
 277 /*
 278  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 279  */
 280 /* ARGSUSED*/
 281 static void
 282 initclocks(void *dummy)
 283 {
 284         /*psratio = profhz / stathz;*/
 285         spin_init(&ntp_spin, "ntp");
 286         initclocks_pcpu();
 287         clocks_running = 1;
 288         if (kpmap) {
 289             kpmap->tsc_freq = (uint64_t)tsc_frequency;
 290             kpmap->tick_freq = hz;
 291         }
 292 }
 293
 294 /*
 295  * Called on a per-cpu basis from the idle thread bootstrap on each cpu
 296  * during SMP initialization.
 297  *
 298  * This routine is called concurrently during low-level SMP initialization
 299  * and may not block in any way.  Meaning, among other things, we can't
 300  * acquire any tokens.
 301  */
 302 void
 303 initclocks_pcpu(void)
 304 {
 305         struct globaldata *gd = mycpu;
 306
 307         crit_enter();
 308         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 309             gd->gd_time_seconds = 1;
 310             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
 311             hardtime[0].time_second = gd->gd_time_seconds;
 312             hardtime[0].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
 313         } else {
 314             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 315             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 316         }
 317
 318         systimer_intr_enable();
 319
 320         crit_exit();
 321 }
 322
 323 /*
 324  * This routine is called on just the BSP, just after SMP initialization
 325  * completes to * finish initializing any clocks that might contend/block
 326  * (e.g. like on a token).  We can't do this in initclocks_pcpu() because
 327  * that function is called from the idle thread bootstrap for each cpu and
 328  * not allowed to block at all.
 329  */
 330 static
 331 void
 332 initclocks_other(void *dummy)
 333 {
 334         struct globaldata *ogd = mycpu;
 335         struct globaldata *gd;
 336         int n;
 337
 338         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
 339                 lwkt_setcpu_self(globaldata_find(n));
 340                 gd = mycpu;
 341
 342                 /*
 343                  * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple
 344                  * ticks from building up if the sysclock jumps forward
 345                  * (8254 gets reset).  The sysclock will never jump backwards.
 346                  * Our time sync is based on the actual sysclock, not the
 347                  * ticks count.
 348                  */
 349                 systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock,
 350                                           NULL, hz);
 351                 systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock,
 352                                           NULL, stathz);
 353                 /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 354                 systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 355                                           NULL, ESTCPUFREQ);
 356 #ifdef IFPOLL_ENABLE
 357                 ifpoll_init_pcpu(gd->gd_cpuid);
 358 #endif
 359         }
 360         lwkt_setcpu_self(ogd);
 361 }
 362 SYSINIT(clocks2, SI_BOOT2_POST_SMP, SI_ORDER_ANY, initclocks_other, NULL);
 363
 364 /*
 365  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 366  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 367  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 368  * time of day.  This way the gd_* fields are guaranteed to represent
 369  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 370  *
 371  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 372  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 373  */
 374 void
 375 set_timeofday(struct timespec *ts)
 376 {
 377         struct timespec *nbt;
 378         int ni;
 379
 380         /*
 381          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 382          */
 383         crit_enter();
 384         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 385         cpu_lfence();
 386         nbt = &basetime[ni];
 387         nanouptime(nbt);
 388         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 389         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 390         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 391             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 392             --nbt->tv_sec;
 393         }
 394
 395         /*
 396          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 397          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 398          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 399          * can simply assign boottime to basetime.
 400          *
 401          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 402          * compensated up to a point (it is guaranteed to remain monotonically
 403          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 404          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 405          * into account in the basetime calculation above.
 406          */
 407         spin_lock(&ntp_spin);
 408         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 409         ntp_delta = 0;
 410
 411         /*
 412          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
 413          * then update the index.
 414          */
 415         cpu_sfence();
 416         basetime_index = ni;
 417         spin_unlock(&ntp_spin);
 418
 419         crit_exit();
 420 }
 421
 422 /*
 423  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 424  * on cpu #0.
 425  *
 426  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 427  * manipulate objects owned by the current cpu.
 428  */
 429 static void
 430 hardclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
 431 {
 432         sysclock_t cputicks;
 433         struct proc *p;
 434         struct globaldata *gd = mycpu;
 435
 436         if ((gd->gd_reqflags & RQF_IPIQ) == 0 && lwkt_need_ipiq_process(gd)) {
 437                 /* Defer to doreti on passive IPIQ processing */
 438                 need_ipiq();
 439         }
 440
 441         /*
 442          * We update the compensation base to calculate fine-grained time
 443          * from the sys_cputimer on a per-cpu basis in order to avoid
 444          * having to mess around with locks.  sys_cputimer is assumed to
 445          * be consistent across all cpus.  CPU N copies the base state from
 446          * CPU 0 using the same FIFO trick that we use for basetime (so we
 447          * don't catch a CPU 0 update in the middle).
 448          *
 449          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 450          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 451          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 452          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 453          * timers count events, though everything should resynch again
 454          * immediately.
 455          */
 456         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 457                 int ni;
 458
 459                 cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 460                 if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
 461                         cputicks /= sys_cputimer->freq;
 462                         if (cputicks != 0 && cputicks != 1)
 463                                 kprintf("Warning: hardclock missed > 1 sec\n");
 464                         gd->gd_time_seconds += cputicks;
 465                         gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq * cputicks;
 466                         /* uncorrected monotonic 1-sec gran */
 467                         time_uptime += cputicks;
 468                 }
 469                 ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 470                 hardtime[ni].time_second = gd->gd_time_seconds;
 471                 hardtime[ni].cpuclock_base = gd->gd_cpuclock_base;
 472         } else {
 473                 int ni;
 474
 475                 ni = basetime_index;
 476                 cpu_lfence();
 477                 gd->gd_time_seconds = hardtime[ni].time_second;
 478                 gd->gd_cpuclock_base = hardtime[ni].cpuclock_base;
 479         }
 480
 481         /*
 482          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 483          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 484          * by updating basetime.
 485          */
 486         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 487             struct timespec *nbt;
 488             struct timespec nts;
 489             int leap;
 490             int ni;
 491
 492             ++ticks;
 493
 494 #if 0
 495             if (tco->tc_poll_pps)
 496                 tco->tc_poll_pps(tco);
 497 #endif
 498
 499             /*
 500              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 501              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 502              * with the current basetime and then make adjustments.
 503              */
 504             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 505             nbt = &basetime[ni];
 506             *nbt = basetime[basetime_index];
 507
 508             /*
 509              * ntp adjustments only occur on cpu 0 and are protected by
 510              * ntp_spin.  This spinlock virtually never conflicts.
 511              */
 512             spin_lock(&ntp_spin);
 513
 514             /*
 515              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 516              *
 517              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 518              * sufficient to access these variables.
 519              */
 520             if (ntp_delta != 0) {
 521                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 522                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 523                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 524                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 525                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 526                 }
 527             }
 528
 529             /*
 530              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 531              */
 532             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 533                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 534                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 535                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 536                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 537                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 538                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 539                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 540                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 541                 }
 542             }
 543
 544             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 545                     nbt->tv_sec++;
 546                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 547             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 548                     nbt->tv_sec--;
 549                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 550             }
 551
 552             /*
 553              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 554              */
 555             if (nsec_adj != 0) {
 556                 nsec_acc += nsec_adj;
 557                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 558                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 559                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 560                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 561                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 562                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 563                 }
 564                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 565                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 566                     ++nbt->tv_sec;
 567                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 568                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 569                     --nbt->tv_sec;
 570                 }
 571             }
 572             spin_unlock(&ntp_spin);
 573
 574             /************************************************************
 575              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 576              ************************************************************
 577              *
 578              * Taking into account all the corrections made above, figure
 579              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 580              * then apply any pending leap-second corrections.
 581              */
 582             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 583
 584             if (time_second != nts.tv_sec) {
 585                 /*
 586                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 587                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 588                  */
 589                 if (ntp_leap_second) {
 590                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 591                         if (ntp_leap_insert) {
 592                             nbt->tv_sec++;
 593                             nts.tv_sec++;
 594                         } else {
 595                             nbt->tv_sec--;
 596                             nts.tv_sec--;
 597                         }
 598                         ntp_leap_second--;
 599                     }
 600                 }
 601
 602                 /*
 603                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 604                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 605                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 606                  */
 607                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 608                 nsec_adj /= hz;
 609                 nbt->tv_sec += leap;
 610                 nts.tv_sec += leap;
 611
 612                 /*
 613                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 614                  */
 615                 time_second = nts.tv_sec;
 616             }
 617
 618             /*
 619              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 620              */
 621             cpu_sfence();
 622             basetime_index = ni;
 623
 624             /*
 625              * Update kpmap on each tick.  TS updates are integrated with
 626              * fences and upticks allowing userland to read the data
 627              * deterministically.
 628              */
 629             if (kpmap) {
 630                 int w;
 631
 632                 w = (kpmap->upticks + 1) & 1;
 633                 getnanouptime(&kpmap->ts_uptime[w]);
 634                 getnanotime(&kpmap->ts_realtime[w]);
 635                 cpu_sfence();
 636                 ++kpmap->upticks;
 637                 cpu_sfence();
 638             }
 639         }
 640
 641         /*
 642          * lwkt thread scheduler fair queueing
 643          */
 644         lwkt_schedulerclock(curthread);
 645
 646         /*
 647          * softticks are handled for all cpus
 648          */
 649         hardclock_softtick(gd);
 650
 651         /*
 652          * Rollup accumulated vmstats, copy-back for critical path checks.
 653          */
 654         vmstats_rollup_cpu(gd);
 655         mycpu->gd_vmstats = vmstats;
 656
 657         /*
 658          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.
 659          *
 660          * We must acquire the per-process token in order for ksignal()
 661          * to be non-blocking.  For the moment this requires an AST fault,
 662          * the ksignal() cannot be safely issued from this hard interrupt.
 663          *
 664          * XXX Even the trytoken here isn't right, and itimer operation in
 665          *     a multi threaded environment is going to be weird at the
 666          *     very least.
 667          */
 668         if ((p = curproc) != NULL && lwkt_trytoken(&p->p_token)) {
 669                 crit_enter_hard();
 670                 if (p->p_upmap)
 671                         ++p->p_upmap->runticks;
 672
 673                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 674                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 675                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], ustick) == 0) {
 676                         p->p_flags |= P_SIGVTALRM;
 677                         need_user_resched();
 678                 }
 679                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 680                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], ustick) == 0) {
 681                         p->p_flags |= P_SIGPROF;
 682                         need_user_resched();
 683                 }
 684                 crit_exit_hard();
 685                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 686         }
 687         setdelayed();
 688 }
 689
 690 /*
 691  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 692  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 693  *
 694  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 695  * manipulate objects owned by the current cpu.
 696  *
 697  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 698  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 699  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 700  * p->p_estcpu.
 701  *
 702  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 703  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 704  * interrupted.
 705  */
 706 static void
 707 statclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
 708 {
 709 #ifdef GPROF
 710         struct gmonparam *g;
 711         int i;
 712 #endif
 713         thread_t td;
 714         struct proc *p;
 715         int bump;
 716         sysclock_t cv;
 717         sysclock_t scv;
 718
 719         /*
 720          * How big was our timeslice relative to the last time?  Calculate
 721          * in microseconds.
 722          *
 723          * NOTE: Use of microuptime() is typically MPSAFE, but usually not
 724          *       during early boot.  Just use the systimer count to be nice
 725          *       to e.g. qemu.  The systimer has a better chance of being
 726          *       MPSAFE at early boot.
 727          */
 728         cv = sys_cputimer->count();
 729         scv = mycpu->statint.gd_statcv;
 730         if (scv == 0) {
 731                 bump = 1;
 732         } else {
 733                 bump = (sys_cputimer->freq64_usec * (cv - scv)) >> 32;
 734                 if (bump < 0)
 735                         bump = 0;
 736                 if (bump > 1000000)
 737                         bump = 1000000;
 738         }
 739         mycpu->statint.gd_statcv = cv;
 740
 741 #if 0
 742         stv = &mycpu->gd_stattv;
 743         if (stv->tv_sec == 0) {
 744             bump = 1;
 745         } else {
 746             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 747                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 748             if (bump < 0)
 749                 bump = 0;
 750             if (bump > 1000000)
 751                 bump = 1000000;
 752         }
 753         *stv = tv;
 754 #endif
 755
 756         td = curthread;
 757         p = td->td_proc;
 758
 759         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 760                 /*
 761                  * Came from userland, handle user time and deal with
 762                  * possible process.
 763                  */
 764                 if (p && (p->p_flags & P_PROFIL))
 765                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 766                 td->td_uticks += bump;
 767
 768                 /*
 769                  * Charge the time as appropriate
 770                  */
 771                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 772                         cpu_time.cp_nice += bump;
 773                 else
 774                         cpu_time.cp_user += bump;
 775         } else {
 776                 int intr_nest = mycpu->gd_intr_nesting_level;
 777
 778                 if (in_ipi) {
 779                         /*
 780                          * IPI processing code will bump gd_intr_nesting_level
 781                          * up by one, which breaks following CLKF_INTR testing,
 782                          * so we subtract it by one here.
 783                          */
 784                         --intr_nest;
 785                 }
 786 #ifdef GPROF
 787                 /*
 788                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 789                  */
 790                 g = &_gmonparam;
 791                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 792                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 793                         if (i < g->textsize) {
 794                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 795                                 g->kcount[i]++;
 796                         }
 797                 }
 798 #endif
 799
 800 #define IS_INTR_RUNNING ((frame && CLKF_INTR(intr_nest)) || CLKF_INTR_TD(td))
 801
 802                 /*
 803                  * Came from kernel mode, so we were:
 804                  * - handling an interrupt,
 805                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 806                  *   user process, or
 807                  * - spinning in the idle loop.
 808                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 809                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 810                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 811                  * so that we know how much of its real time was spent
 812                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 813                  *
 814                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 815                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
 816                  */
 817                 if (IS_INTR_RUNNING)
 818                         td->td_iticks += bump;
 819                 else
 820                         td->td_sticks += bump;
 821
 822                 if (IS_INTR_RUNNING) {
 823                         /*
 824                          * If we interrupted an interrupt thread, well,
 825                          * count it as interrupt time.
 826                          */
 827 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 828                         if (frame)
 829                                 do_pctrack(frame, PCTRACK_INT);
 830 #endif
 831                         cpu_time.cp_intr += bump;
 832                 } else {
 833                         if (td == &mycpu->gd_idlethread) {
 834                                 /*
 835                                  * Even if the current thread is the idle
 836                                  * thread it could be due to token contention
 837                                  * in the LWKT scheduler.  Count such as
 838                                  * system time.
 839                                  */
 840                                 if (mycpu->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_WK_MASK)
 841                                         cpu_time.cp_sys += bump;
 842                                 else
 843                                         cpu_time.cp_idle += bump;
 844                         } else {
 845                                 /*
 846                                  * System thread was running.
 847                                  */
 848 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 849                                 if (frame)
 850                                         do_pctrack(frame, PCTRACK_SYS);
 851 #endif
 852                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 853                         }
 854                 }
 855
 856 #undef IS_INTR_RUNNING
 857         }
 858 }
 859
 860 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 861 /*
 862  * Sample the PC when in the kernel or in an interrupt.  User code can
 863  * retrieve the information and generate a histogram or other output.
 864  */
 865
 866 static void
 867 do_pctrack(struct intrframe *frame, int which)
 868 {
 869         struct kinfo_pctrack *pctrack;
 870
 871         pctrack = &cputime_pctrack[mycpu->gd_cpuid][which];
 872         pctrack->pc_array[pctrack->pc_index & PCTRACK_ARYMASK] =
 873                 (void *)CLKF_PC(frame);
 874         ++pctrack->pc_index;
 875 }
 876
 877 static int
 878 sysctl_pctrack(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 879 {
 880         struct kinfo_pcheader head;
 881         int error;
 882         int cpu;
 883         int ntrack;
 884
 885         head.pc_ntrack = PCTRACK_SIZE;
 886         head.pc_arysize = PCTRACK_ARYSIZE;
 887
 888         if ((error = SYSCTL_OUT(req, &head, sizeof(head))) != 0)
 889                 return (error);
 890
 891         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 892                 for (ntrack = 0; ntrack < PCTRACK_SIZE; ++ntrack) {
 893                         error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_pctrack[cpu][ntrack],
 894                                            sizeof(struct kinfo_pctrack));
 895                         if (error)
 896                                 break;
 897                 }
 898                 if (error)
 899                         break;
 900         }
 901         return (error);
 902 }
 903 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, pctrack, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 904         sysctl_pctrack, "S,kinfo_pcheader", "CPU PC tracking");
 905
 906 #endif
 907
 908 /*
 909  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
 910  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 911  * but that's about it.
 912  *
 913  * Each cpu has its own scheduler clock.
 914  */
 915 static void
 916 schedclock(systimer_t info, int in_ipi __unused, struct intrframe *frame)
 917 {
 918         struct lwp *lp;
 919         struct rusage *ru;
 920         struct vmspace *vm;
 921         long rss;
 922
 923         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
 924                 /*
 925                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
 926                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
 927                  * HERE.
 928                  */
 929                 ++lp->lwp_cpticks;
 930                 usched_schedulerclock(lp, info->periodic, info->time);
 931         } else {
 932                 usched_schedulerclock(NULL, info->periodic, info->time);
 933         }
 934         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
 935                 /*
 936                  * Update resource usage integrals and maximums.
 937                  */
 938                 if ((ru = &lp->lwp_proc->p_ru) &&
 939                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
 940                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 941                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 942                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 943                         if (lwkt_trytoken(&vm->vm_map.token)) {
 944                                 rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 945                                 if (ru->ru_maxrss < rss)
 946                                         ru->ru_maxrss = rss;
 947                                 lwkt_reltoken(&vm->vm_map.token);
 948                         }
 949                 }
 950         }
 951         /* Increment the global sched_ticks */
 952         if (mycpu->gd_cpuid == 0)
 953                 ++sched_ticks;
 954 }
 955
 956 /*
 957  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 958  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 959  * operation and guaranteed to meet or exceed the requested time.
 960  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 961  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 962  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 963  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 964  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 965  *
 966  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 967  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 968  * the unsigned long maximum.
 969  *
 970  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 971  * 10ms ticks is 248 days.
 972  */
 973 int
 974 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 975 {
 976         int ticks;
 977         long sec, usec;
 978
 979         sec = tv->tv_sec;
 980         usec = tv->tv_usec;
 981         if (usec < 0) {
 982                 sec--;
 983                 usec += 1000000;
 984         }
 985         if (sec < 0) {
 986 #ifdef DIAGNOSTIC
 987                 if (usec > 0) {
 988                         sec++;
 989                         usec -= 1000000;
 990                 }
 991                 kprintf("tvtohz_high: negative time difference "
 992                         "%ld sec %ld usec\n",
 993                         sec, usec);
 994 #endif
 995                 ticks = 1;
 996         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 997                 ticks = (int)(sec * hz +
 998                             ((u_long)usec + (ustick - 1)) / ustick) + 1;
 999         } else {
1000                 ticks = INT_MAX;
1001         }
1002         return (ticks);
1003 }
1004
1005 int
1006 tstohz_high(struct timespec *ts)
1007 {
1008         int ticks;
1009         long sec, nsec;
1010
1011         sec = ts->tv_sec;
1012         nsec = ts->tv_nsec;
1013         if (nsec < 0) {
1014                 sec--;
1015                 nsec += 1000000000;
1016         }
1017         if (sec < 0) {
1018 #ifdef DIAGNOSTIC
1019                 if (nsec > 0) {
1020                         sec++;
1021                         nsec -= 1000000000;
1022                 }
1023                 kprintf("tstohz_high: negative time difference "
1024                         "%ld sec %ld nsec\n",
1025                         sec, nsec);
1026 #endif
1027                 ticks = 1;
1028         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
1029                 ticks = (int)(sec * hz +
1030                             ((u_long)nsec + (nstick - 1)) / nstick) + 1;
1031         } else {
1032                 ticks = INT_MAX;
1033         }
1034         return (ticks);
1035 }
1036
1037
1038 /*
1039  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
1040  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
1041  * of ticks will not result in a late return.
1042  *
1043  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
1044  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
1045  * 1 tick.
1046  *
1047  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
1048  * 10ms ticks is 248 days.
1049  */
1050 int
1051 tvtohz_low(struct timeval *tv)
1052 {
1053         int ticks;
1054         long sec;
1055
1056         sec = tv->tv_sec;
1057         if (sec <= INT_MAX / hz)
1058                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / ustick);
1059         else
1060                 ticks = INT_MAX;
1061         return (ticks);
1062 }
1063
1064 int
1065 tstohz_low(struct timespec *ts)
1066 {
1067         int ticks;
1068         long sec;
1069
1070         sec = ts->tv_sec;
1071         if (sec <= INT_MAX / hz)
1072                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)ts->tv_nsec / nstick);
1073         else
1074                 ticks = INT_MAX;
1075         return (ticks);
1076 }
1077
1078 /*
1079  * Start profiling on a process.
1080  *
1081  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
1082  * keeps the profile clock running constantly.
1083  */
1084 void
1085 startprofclock(struct proc *p)
1086 {
1087         if ((p->p_flags & P_PROFIL) == 0) {
1088                 p->p_flags |= P_PROFIL;
1089 #if 0   /* XXX */
1090                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
1091                         crit_enter();
1092                         psdiv = psratio;
1093                         setstatclockrate(profhz);
1094                         crit_exit();
1095                 }
1096 #endif
1097         }
1098 }
1099
1100 /*
1101  * Stop profiling on a process.
1102  *
1103  * caller must hold p->p_token
1104  */
1105 void
1106 stopprofclock(struct proc *p)
1107 {
1108         if (p->p_flags & P_PROFIL) {
1109                 p->p_flags &= ~P_PROFIL;
1110 #if 0   /* XXX */
1111                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
1112                         crit_enter();
1113                         psdiv = 1;
1114                         setstatclockrate(stathz);
1115                         crit_exit();
1116                 }
1117 #endif
1118         }
1119 }
1120
1121 /*
1122  * Return information about system clocks.
1123  */
1124 static int
1125 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1126 {
1127         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
1128         /*
1129          * Construct clockinfo structure.
1130          */
1131         clkinfo.ci_hz = hz;
1132         clkinfo.ci_tick = ustick;
1133         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
1134         clkinfo.ci_profhz = profhz;
1135         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
1136         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
1137 }
1138
1139 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
1140         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
1141
1142 /*
1143  * We have eight functions for looking at the clock, four for
1144  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
1145  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
1146  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
1147  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
1148  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
1149  * time relative to system boot, these are well suited for time
1150  * interval measurements.
1151  *
1152  * Each cpu independently maintains the current time of day, so all
1153  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
1154  * check on the seconds field changing out from under us.
1155  *
1156  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
1157  * it is possible for the calculated delta to occasionally exceed
1158  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
1159  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
1160  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
1161  *
1162  * All the [get][micro,nano][time,uptime]() routines are MPSAFE.
1163  */
1164 void
1165 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
1166 {
1167         struct globaldata *gd = mycpu;
1168         sysclock_t delta;
1169
1170         do {
1171                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1172                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1173         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1174
1175         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1176                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1177                 delta %= sys_cputimer->freq;
1178         }
1179         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1180         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1181                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1182                 ++tvp->tv_sec;
1183         }
1184 }
1185
1186 void
1187 getnanouptime(struct timespec *tsp)
1188 {
1189         struct globaldata *gd = mycpu;
1190         sysclock_t delta;
1191
1192         do {
1193                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1194                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1195         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1196
1197         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1198                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1199                 delta %= sys_cputimer->freq;
1200         }
1201         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1202 }
1203
1204 void
1205 microuptime(struct timeval *tvp)
1206 {
1207         struct globaldata *gd = mycpu;
1208         sysclock_t delta;
1209
1210         do {
1211                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1212                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1213         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1214
1215         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1216                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1217                 delta %= sys_cputimer->freq;
1218         }
1219         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1220 }
1221
1222 void
1223 nanouptime(struct timespec *tsp)
1224 {
1225         struct globaldata *gd = mycpu;
1226         sysclock_t delta;
1227
1228         do {
1229                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1230                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1231         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1232
1233         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1234                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1235                 delta %= sys_cputimer->freq;
1236         }
1237         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1238 }
1239
1240 /*
1241  * realtime routines
1242  */
1243 void
1244 getmicrotime(struct timeval *tvp)
1245 {
1246         struct globaldata *gd = mycpu;
1247         struct timespec *bt;
1248         sysclock_t delta;
1249
1250         do {
1251                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1252                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1253         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1254
1255         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1256                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1257                 delta %= sys_cputimer->freq;
1258         }
1259         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1260
1261         bt = &basetime[basetime_index];
1262         cpu_lfence();
1263         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1264         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1265         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1266                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1267                 ++tvp->tv_sec;
1268         }
1269 }
1270
1271 void
1272 getnanotime(struct timespec *tsp)
1273 {
1274         struct globaldata *gd = mycpu;
1275         struct timespec *bt;
1276         sysclock_t delta;
1277
1278         do {
1279                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1280                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1281         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1282
1283         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1284                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1285                 delta %= sys_cputimer->freq;
1286         }
1287         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1288
1289         bt = &basetime[basetime_index];
1290         cpu_lfence();
1291         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1292         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1293         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1294                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1295                 ++tsp->tv_sec;
1296         }
1297 }
1298
1299 static void
1300 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
1301 {
1302         struct globaldata *gd = mycpu;
1303         sysclock_t delta;
1304
1305         do {
1306                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1307                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1308         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1309
1310         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1311                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1312                 delta %= sys_cputimer->freq;
1313         }
1314         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1315
1316         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
1317         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
1318         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1319                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1320                 ++tsp->tv_sec;
1321         }
1322 }
1323
1324
1325 void
1326 microtime(struct timeval *tvp)
1327 {
1328         struct globaldata *gd = mycpu;
1329         struct timespec *bt;
1330         sysclock_t delta;
1331
1332         do {
1333                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1334                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1335         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1336
1337         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1338                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1339                 delta %= sys_cputimer->freq;
1340         }
1341         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1342
1343         bt = &basetime[basetime_index];
1344         cpu_lfence();
1345         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1346         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1347         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1348                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1349                 ++tvp->tv_sec;
1350         }
1351 }
1352
1353 void
1354 nanotime(struct timespec *tsp)
1355 {
1356         struct globaldata *gd = mycpu;
1357         struct timespec *bt;
1358         sysclock_t delta;
1359
1360         do {
1361                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1362                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1363         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1364
1365         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1366                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1367                 delta %= sys_cputimer->freq;
1368         }
1369         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1370
1371         bt = &basetime[basetime_index];
1372         cpu_lfence();
1373         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1374         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1375         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1376                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1377                 ++tsp->tv_sec;
1378         }
1379 }
1380
1381 /*
1382  * Get an approximate time_t.  It does not have to be accurate.  This
1383  * function is called only from KTR and can be called with the system in
1384  * any state so do not use a critical section or other complex operation
1385  * here.
1386  *
1387  * NOTE: This is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1388  *       would have to do what microtime does and check for a nanoseconds
1389  *       overflow.
1390  */
1391 time_t
1392 get_approximate_time_t(void)
1393 {
1394         struct globaldata *gd = mycpu;
1395         struct timespec *bt;
1396
1397         bt = &basetime[basetime_index];
1398         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1399 }
1400
1401 int
1402 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1403 {
1404         pps_params_t *app;
1405         struct pps_fetch_args *fapi;
1406 #ifdef PPS_SYNC
1407         struct pps_kcbind_args *kapi;
1408 #endif
1409
1410         switch (cmd) {
1411         case PPS_IOC_CREATE:
1412                 return (0);
1413         case PPS_IOC_DESTROY:
1414                 return (0);
1415         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1416                 app = (pps_params_t *)data;
1417                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1418                         return (EINVAL);
1419                 pps->ppsparam = *app;
1420                 return (0);
1421         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1422                 app = (pps_params_t *)data;
1423                 *app = pps->ppsparam;
1424                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1425                 return (0);
1426         case PPS_IOC_GETCAP:
1427                 *(int*)data = pps->ppscap;
1428                 return (0);
1429         case PPS_IOC_FETCH:
1430                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1431                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1432                         return (EINVAL);
1433                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1434                         return (EOPNOTSUPP);
1435                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1436                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1437                 return (0);
1438         case PPS_IOC_KCBIND:
1439 #ifdef PPS_SYNC
1440                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1441                 /* XXX Only root should be able to do this */
1442                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1443                         return (EINVAL);
1444                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1445                         return (EINVAL);
1446                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1447                         return (EINVAL);
1448                 pps->kcmode = kapi->edge;
1449                 return (0);
1450 #else
1451                 return (EOPNOTSUPP);
1452 #endif
1453         default:
1454                 return (ENOTTY);
1455         }
1456 }
1457
1458 void
1459 pps_init(struct pps_state *pps)
1460 {
1461         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1462         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1463                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1464         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1465                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1466 }
1467
1468 void
1469 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1470 {
1471         struct globaldata *gd;
1472         struct timespec *tsp;
1473         struct timespec *osp;
1474         struct timespec *bt;
1475         struct timespec ts;
1476         sysclock_t *pcount;
1477 #ifdef PPS_SYNC
1478         sysclock_t tcount;
1479 #endif
1480         sysclock_t delta;
1481         pps_seq_t *pseq;
1482         int foff;
1483 #ifdef PPS_SYNC
1484         int fhard;
1485 #endif
1486         int ni;
1487
1488         gd = mycpu;
1489
1490         /* Things would be easier with arrays... */
1491         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1492                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1493                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1494                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1495 #ifdef PPS_SYNC
1496                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1497 #endif
1498                 pcount = &pps->ppscount[0];
1499                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1500         } else {
1501                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1502                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1503                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1504 #ifdef PPS_SYNC
1505                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1506 #endif
1507                 pcount = &pps->ppscount[1];
1508                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1509         }
1510
1511         /* Nothing really happened */
1512         if (*pcount == count)
1513                 return;
1514
1515         *pcount = count;
1516
1517         do {
1518                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1519                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1520         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1521
1522         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1523                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1524                 delta %= sys_cputimer->freq;
1525         }
1526         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1527         ni = basetime_index;
1528         cpu_lfence();
1529         bt = &basetime[ni];
1530         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1531         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1532         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1533                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1534                 ++ts.tv_sec;
1535         }
1536
1537         (*pseq)++;
1538         *tsp = ts;
1539
1540         if (foff) {
1541                 timespecadd(tsp, osp);
1542                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1543                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1544                         tsp->tv_sec -= 1;
1545                 }
1546         }
1547 #ifdef PPS_SYNC
1548         if (fhard) {
1549                 /* magic, at its best... */
1550                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1551                 pps->ppscount[2] = count;
1552                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1553                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1554                                  sys_cputimer->freq64_nsec *
1555                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1556                 } else {
1557                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1558                 }
1559                 hardpps(tsp, delta);
1560         }
1561 #endif
1562 }
1563
1564 /*
1565  * Return the tsc target value for a delay of (ns).
1566  *
1567  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1568  */
1569 int64_t
1570 tsc_get_target(int ns)
1571 {
1572 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1573         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1574                 return (rdtsc() + tsc_frequency * ns / (int64_t)1000000000);
1575         }
1576 #endif
1577         return(-1);
1578 }
1579
1580 /*
1581  * Compare the tsc against the passed target
1582  *
1583  * Returns +1 if the target has been reached
1584  * Returns  0 if the target has not yet been reached
1585  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1586  *
1587  * Typical use:         while (tsc_test_target(target) == 0) { ...poll... }
1588  */
1589 int
1590 tsc_test_target(int64_t target)
1591 {
1592 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1593         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1594                 if ((int64_t)(target - rdtsc()) <= 0)
1595                         return(1);
1596                 return(0);
1597         }
1598 #endif
1599         return(-1);
1600 }
1601
1602 /*
1603  * Delay the specified number of nanoseconds using the tsc.  This function
1604  * returns immediately if the TSC is not supported.  At least one cpu_pause()
1605  * will be issued.
1606  */
1607 void
1608 tsc_delay(int ns)
1609 {
1610         int64_t clk;
1611
1612         clk = tsc_get_target(ns);
1613         cpu_pause();
1614         while (tsc_test_target(clk) == 0)
1615                 cpu_pause();
1616 }