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 1.40 2005/04/27 14:31:19 hmp Exp $
  74  */
  75
  76 #include "opt_ntp.h"
  77
  78 #include <sys/param.h>
  79 #include <sys/systm.h>
  80 #include <sys/callout.h>
  81 #include <sys/kernel.h>
  82 #include <sys/kinfo.h>
  83 #include <sys/proc.h>
  84 #include <sys/malloc.h>
  85 #include <sys/resourcevar.h>
  86 #include <sys/signalvar.h>
  87 #include <sys/timex.h>
  88 #include <sys/timepps.h>
  89 #include <vm/vm.h>
  90 #include <sys/lock.h>
  91 #include <vm/pmap.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <sys/sysctl.h>
  94 #include <sys/thread2.h>
  95
  96 #include <machine/cpu.h>
  97 #include <machine/limits.h>
  98 #include <machine/smp.h>
  99
 100 #ifdef GPROF
 101 #include <sys/gmon.h>
 102 #endif
 103
 104 #ifdef DEVICE_POLLING
 105 extern void init_device_poll(void);
 106 extern void hardclock_device_poll(void);
 107 #endif /* DEVICE_POLLING */
 108
 109 static void initclocks (void *dummy);
 110 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
 111
 112 /*
 113  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
 114  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
 115  * just compare relative times against the total by delta.
 116  */
 117 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
 118 #ifdef SMP
 119 static int
 120 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 121 {
 122         int cpu, error = 0;
 123         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
 124
 125         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 126                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_percpu[cpu], size)))
 127                         break;
 128         }
 129
 130         return (error);
 131 }
 132 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 133         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
 134 #else
 135 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, cputime, CTLFLAG_RD, &cpu_time, kinfo_cputime,
 136     "CPU time statistics");
 137 #endif
 138
 139 /*
 140  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 141  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 142  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 143  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 144  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 145  *
 146  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 147  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 148  * the real time.
 149  */
 150 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 151 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 152
 153 /*
 154  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 155  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 156  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 157  *
 158  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 159  * gd_cpuclock_base.
 160  *
 161  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 162  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 163  * interrupt races on UP systems.
 164  */
 165 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 166 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 167 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 168 static volatile int basetime_index;
 169
 170 static int
 171 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 172 {
 173         struct timespec *bt;
 174         int error;
 175
 176         bt = &basetime[basetime_index];
 177         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 178         return (error);
 179 }
 180
 181 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 182     &boottime, timespec, "System boottime");
 183 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 184     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 185
 186 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 187 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 188 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 189 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 190
 191 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 192 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 193 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 194 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 195
 196 /* NTPD time correction fields */
 197 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 198 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 199 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 200 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 201 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 202 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 203 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 204 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 205
 206 /*
 207  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 208  */
 209 /* ARGSUSED*/
 210 static void
 211 initclocks(void *dummy)
 212 {
 213         cpu_initclocks();
 214 #ifdef DEVICE_POLLING
 215         init_device_poll();
 216 #endif
 217         /*psratio = profhz / stathz;*/
 218         initclocks_pcpu();
 219         clocks_running = 1;
 220 }
 221
 222 /*
 223  * Called on a per-cpu basis
 224  */
 225 void
 226 initclocks_pcpu(void)
 227 {
 228         struct globaldata *gd = mycpu;
 229
 230         crit_enter();
 231         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 232             gd->gd_time_seconds = 1;
 233             gd->gd_cpuclock_base = cputimer_count();
 234         } else {
 235             /* XXX */
 236             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 237             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 238         }
 239
 240         /*
 241          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 242          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 243          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 244          * the actual sysclock, not the ticks count.
 245          */
 246         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 247         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 248         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 249         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 250                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 251         crit_exit();
 252 }
 253
 254 /*
 255  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 256  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 257  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 258  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 259  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 260  *
 261  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 262  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 263  */
 264 void
 265 set_timeofday(struct timespec *ts)
 266 {
 267         struct timespec *nbt;
 268         int ni;
 269
 270         /*
 271          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 272          */
 273         crit_enter();
 274         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 275         nbt = &basetime[ni];
 276         nanouptime(nbt);
 277         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 278         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 279         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 280             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 281             --nbt->tv_sec;
 282         }
 283
 284         /*
 285          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 286          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 287          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 288          * can simply assign boottime to basetime.
 289          *
 290          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 291          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 292          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 293          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 294          * into account in the basetime calculation above.
 295          */
 296         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 297         ntp_delta = 0;
 298
 299         /*
 300          * We now have a new basetime, update the index.
 301          */
 302         cpu_mb1();
 303         basetime_index = ni;
 304
 305         crit_exit();
 306 }
 307
 308 /*
 309  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 310  * on cpu #0.
 311  *
 312  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 313  * manipulate objects owned by the current cpu.
 314  */
 315 static void
 316 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 317 {
 318         sysclock_t cputicks;
 319         struct proc *p;
 320         struct pstats *pstats;
 321         struct globaldata *gd = mycpu;
 322
 323         /*
 324          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 325          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 326          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 327          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 328          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 329          * stay in synch.
 330          *
 331          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 332          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 333          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 334          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 335          * timers count events, though everything should resynch again
 336          * immediately.
 337          */
 338         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 339         if (cputicks >= cputimer_freq) {
 340                 ++gd->gd_time_seconds;
 341                 gd->gd_cpuclock_base += cputimer_freq;
 342         }
 343
 344         /*
 345          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 346          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 347          * by updating basetime.
 348          */
 349         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 350             struct timespec *nbt;
 351             struct timespec nts;
 352             int leap;
 353             int ni;
 354
 355             ++ticks;
 356
 357 #ifdef DEVICE_POLLING
 358             hardclock_device_poll();    /* mpsafe, short and quick */
 359 #endif /* DEVICE_POLLING */
 360
 361 #if 0
 362             if (tco->tc_poll_pps)
 363                 tco->tc_poll_pps(tco);
 364 #endif
 365
 366             /*
 367              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 368              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 369              * with the current basetime and then make adjustments.
 370              */
 371             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 372             nbt = &basetime[ni];
 373             *nbt = basetime[basetime_index];
 374
 375             /*
 376              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 377              *
 378              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 379              * sufficient to access these variables.
 380              */
 381             if (ntp_delta != 0) {
 382                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 383                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 384                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 385                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 386                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 387                 }
 388             }
 389
 390             /*
 391              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 392              */
 393             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 394                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 395                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 396                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 397                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 398                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 399                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 400                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 401                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 402                 }
 403             }
 404
 405             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 406                     nbt->tv_sec++;
 407                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 408             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 409                     nbt->tv_sec--;
 410                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 411             }
 412
 413             /*
 414              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 415              */
 416             if (nsec_adj != 0) {
 417                 nsec_acc += nsec_adj;
 418                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 419                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 420                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 421                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 422                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 423                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 424                 }
 425                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 426                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 427                     ++nbt->tv_sec;
 428                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 429                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 430                     --nbt->tv_sec;
 431                 }
 432             }
 433
 434             /************************************************************
 435              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 436              ************************************************************
 437              *
 438              * Taking into account all the corrections made above, figure
 439              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 440              * then apply any pending leap-second corrections.
 441              */
 442             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 443
 444             if (time_second != nts.tv_sec) {
 445                 /*
 446                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 447                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 448                  */
 449                 if (ntp_leap_second) {
 450                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 451                         if (ntp_leap_insert) {
 452                             nbt->tv_sec++;
 453                             nts.tv_sec++;
 454                         } else {
 455                             nbt->tv_sec--;
 456                             nts.tv_sec--;
 457                         }
 458                         ntp_leap_second--;
 459                     }
 460                 }
 461
 462                 /*
 463                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 464                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 465                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 466                  */
 467                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 468                 nsec_adj /= hz;
 469                 nbt->tv_sec += leap;
 470                 nts.tv_sec += leap;
 471
 472                 /*
 473                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 474                  */
 475                 time_second = nts.tv_sec;
 476             }
 477
 478             /*
 479              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 480              */
 481             cpu_mb1();
 482             basetime_index = ni;
 483         }
 484
 485         /*
 486          * softticks are handled for all cpus
 487          */
 488         hardclock_softtick(gd);
 489
 490         /*
 491          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 492          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 493          */
 494         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 495                 pstats = p->p_stats;
 496                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 497                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 498                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 499                         psignal(p, SIGVTALRM);
 500                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 501                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 502                         psignal(p, SIGPROF);
 503                 rel_mplock();
 504         }
 505         setdelayed();
 506 }
 507
 508 /*
 509  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 510  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 511  *
 512  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 513  * manipulate objects owned by the current cpu.
 514  *
 515  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 516  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 517  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 518  * p->p_estcpu.
 519  *
 520  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 521  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 522  * interrupted.
 523  */
 524 static void
 525 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 526 {
 527 #ifdef GPROF
 528         struct gmonparam *g;
 529         int i;
 530 #endif
 531         thread_t td;
 532         struct proc *p;
 533         int bump;
 534         struct timeval tv;
 535         struct timeval *stv;
 536
 537         /*
 538          * How big was our timeslice relative to the last time?
 539          */
 540         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 541         stv = &mycpu->gd_stattv;
 542         if (stv->tv_sec == 0) {
 543             bump = 1;
 544         } else {
 545             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 546                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 547             if (bump < 0)
 548                 bump = 0;
 549             if (bump > 1000000)
 550                 bump = 1000000;
 551         }
 552         *stv = tv;
 553
 554         td = curthread;
 555         p = td->td_proc;
 556
 557         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 558                 /*
 559                  * Came from userland, handle user time and deal with
 560                  * possible process.
 561                  */
 562                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 563                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 564                 td->td_uticks += bump;
 565
 566                 /*
 567                  * Charge the time as appropriate
 568                  */
 569                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 570                         cpu_time.cp_nice += bump;
 571                 else
 572                         cpu_time.cp_user += bump;
 573         } else {
 574 #ifdef GPROF
 575                 /*
 576                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 577                  */
 578                 g = &_gmonparam;
 579                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 580                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 581                         if (i < g->textsize) {
 582                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 583                                 g->kcount[i]++;
 584                         }
 585                 }
 586 #endif
 587                 /*
 588                  * Came from kernel mode, so we were:
 589                  * - handling an interrupt,
 590                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 591                  *   user process, or
 592                  * - spinning in the idle loop.
 593                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 594                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 595                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 596                  * so that we know how much of its real time was spent
 597                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 598                  *
 599                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 600                  * can occur if ipi processing is done from an splx().
 601                  */
 602                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 603                         td->td_iticks += bump;
 604                 else
 605                         td->td_sticks += bump;
 606
 607                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 608                         cpu_time.cp_intr += bump;
 609                 } else {
 610                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 611                                 cpu_time.cp_idle += bump;
 612                         else
 613                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 614                 }
 615         }
 616 }
 617
 618 /*
 619  * The scheduler clock typically runs at a 20Hz rate.  NOTE! systimer,
 620  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 621  * but that's about it.
 622  */
 623 static void
 624 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 625 {
 626         struct proc *p;
 627         struct pstats *pstats;
 628         struct rusage *ru;
 629         struct vmspace *vm;
 630         long rss;
 631
 632         schedulerclock(NULL);   /* mpsafe */
 633         if ((p = curproc) != NULL) {
 634                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 635                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 636                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 637                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 638                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 639                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 640                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 641                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 642                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 643                                 ru->ru_maxrss = rss;
 644                 }
 645         }
 646 }
 647
 648 /*
 649  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 650  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 651  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 652  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 653  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 654  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 655  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 656  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 657  *
 658  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 659  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 660  * the unsigned long maximum.
 661  *
 662  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 663  * 10ms ticks is 248 days.
 664  */
 665 int
 666 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 667 {
 668         int ticks;
 669         long sec, usec;
 670
 671         sec = tv->tv_sec;
 672         usec = tv->tv_usec;
 673         if (usec < 0) {
 674                 sec--;
 675                 usec += 1000000;
 676         }
 677         if (sec < 0) {
 678 #ifdef DIAGNOSTIC
 679                 if (usec > 0) {
 680                         sec++;
 681                         usec -= 1000000;
 682                 }
 683                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 684                        sec, usec);
 685 #endif
 686                 ticks = 1;
 687         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 688                 ticks = (int)(sec * hz +
 689                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 690         } else {
 691                 ticks = INT_MAX;
 692         }
 693         return (ticks);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 698  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 699  * of ticks will not result in a late return.
 700  *
 701  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 702  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 703  * 1 tick.
 704  *
 705  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 706  * 10ms ticks is 248 days.
 707  */
 708 int
 709 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 710 {
 711         int ticks;
 712         long sec;
 713
 714         sec = tv->tv_sec;
 715         if (sec <= INT_MAX / hz)
 716                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 717         else
 718                 ticks = INT_MAX;
 719         return (ticks);
 720 }
 721
 722
 723 /*
 724  * Start profiling on a process.
 725  *
 726  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 727  * keeps the profile clock running constantly.
 728  */
 729 void
 730 startprofclock(struct proc *p)
 731 {
 732         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 733                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 734 #if 0   /* XXX */
 735                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 736                         s = splstatclock();
 737                         psdiv = psratio;
 738                         setstatclockrate(profhz);
 739                         splx(s);
 740                 }
 741 #endif
 742         }
 743 }
 744
 745 /*
 746  * Stop profiling on a process.
 747  */
 748 void
 749 stopprofclock(struct proc *p)
 750 {
 751         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 752                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 753 #if 0   /* XXX */
 754                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 755                         s = splstatclock();
 756                         psdiv = 1;
 757                         setstatclockrate(stathz);
 758                         splx(s);
 759                 }
 760 #endif
 761         }
 762 }
 763
 764 /*
 765  * Return information about system clocks.
 766  */
 767 static int
 768 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 769 {
 770         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 771         /*
 772          * Construct clockinfo structure.
 773          */
 774         clkinfo.ci_hz = hz;
 775         clkinfo.ci_tick = tick;
 776         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 777         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 778         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 779         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 780 }
 781
 782 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 783         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 784
 785 /*
 786  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 787  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 788  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 789  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 790  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 791  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 792  * time relative to system boot, these are well suited for time
 793  * interval measurements.
 794  *
 795  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 796  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 797  * check on the seconds field changing out from under us.
 798  *
 799  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
 800  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
 801  * cputimer_freq.  If this occurs the cputimer_freq64_nsec multiplication
 802  * can easily overflow, so we deal with the case.  For uniformity we deal
 803  * with the case in the usec case too.
 804  */
 805 void
 806 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 807 {
 808         struct globaldata *gd = mycpu;
 809         sysclock_t delta;
 810
 811         do {
 812                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 813                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 814         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 815
 816         if (delta >= cputimer_freq) {
 817                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 818                 delta %= cputimer_freq;
 819         }
 820         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 821         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 822                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 823                 ++tvp->tv_sec;
 824         }
 825 }
 826
 827 void
 828 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 829 {
 830         struct globaldata *gd = mycpu;
 831         sysclock_t delta;
 832
 833         do {
 834                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 835                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 836         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 837
 838         if (delta >= cputimer_freq) {
 839                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 840                 delta %= cputimer_freq;
 841         }
 842         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 843 }
 844
 845 void
 846 microuptime(struct timeval *tvp)
 847 {
 848         struct globaldata *gd = mycpu;
 849         sysclock_t delta;
 850
 851         do {
 852                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 853                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 854         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 855
 856         if (delta >= cputimer_freq) {
 857                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 858                 delta %= cputimer_freq;
 859         }
 860         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 861 }
 862
 863 void
 864 nanouptime(struct timespec *tsp)
 865 {
 866         struct globaldata *gd = mycpu;
 867         sysclock_t delta;
 868
 869         do {
 870                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 871                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 872         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 873
 874         if (delta >= cputimer_freq) {
 875                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 876                 delta %= cputimer_freq;
 877         }
 878         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 879 }
 880
 881 /*
 882  * realtime routines
 883  */
 884
 885 void
 886 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 887 {
 888         struct globaldata *gd = mycpu;
 889         struct timespec *bt;
 890         sysclock_t delta;
 891
 892         do {
 893                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 894                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 895         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 896
 897         if (delta >= cputimer_freq) {
 898                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 899                 delta %= cputimer_freq;
 900         }
 901         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 902
 903         bt = &basetime[basetime_index];
 904         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 905         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 906         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 907                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 908                 ++tvp->tv_sec;
 909         }
 910 }
 911
 912 void
 913 getnanotime(struct timespec *tsp)
 914 {
 915         struct globaldata *gd = mycpu;
 916         struct timespec *bt;
 917         sysclock_t delta;
 918
 919         do {
 920                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 921                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 922         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 923
 924         if (delta >= cputimer_freq) {
 925                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 926                 delta %= cputimer_freq;
 927         }
 928         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 929
 930         bt = &basetime[basetime_index];
 931         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 932         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 933         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 934                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 935                 ++tsp->tv_sec;
 936         }
 937 }
 938
 939 static void
 940 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
 941 {
 942         struct globaldata *gd = mycpu;
 943         sysclock_t delta;
 944
 945         do {
 946                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 947                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 948         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 949
 950         if (delta >= cputimer_freq) {
 951                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 952                 delta %= cputimer_freq;
 953         }
 954         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
 955
 956         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
 957         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
 958         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 959                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 960                 ++tsp->tv_sec;
 961         }
 962 }
 963
 964
 965 void
 966 microtime(struct timeval *tvp)
 967 {
 968         struct globaldata *gd = mycpu;
 969         struct timespec *bt;
 970         sysclock_t delta;
 971
 972         do {
 973                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 974                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
 975         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 976
 977         if (delta >= cputimer_freq) {
 978                 tvp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
 979                 delta %= cputimer_freq;
 980         }
 981         tvp->tv_usec = (cputimer_freq64_usec * delta) >> 32;
 982
 983         bt = &basetime[basetime_index];
 984         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 985         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 986         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 987                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 988                 ++tvp->tv_sec;
 989         }
 990 }
 991
 992 void
 993 nanotime(struct timespec *tsp)
 994 {
 995         struct globaldata *gd = mycpu;
 996         struct timespec *bt;
 997         sysclock_t delta;
 998
 999         do {
1000                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1001                 delta = cputimer_count() - gd->gd_cpuclock_base;
1002         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1003
1004         if (delta >= cputimer_freq) {
1005                 tsp->tv_sec += delta / cputimer_freq;
1006                 delta %= cputimer_freq;
1007         }
1008         tsp->tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
1009
1010         bt = &basetime[basetime_index];
1011         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1012         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1013         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1014                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1015                 ++tsp->tv_sec;
1016         }
1017 }
1018
1019 /*
1020  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1021  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1022  */
1023 time_t
1024 get_approximate_time_t(void)
1025 {
1026         struct globaldata *gd = mycpu;
1027         struct timespec *bt;
1028
1029         bt = &basetime[basetime_index];
1030         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1031 }
1032
1033 int
1034 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1035 {
1036         pps_params_t *app;
1037         struct pps_fetch_args *fapi;
1038 #ifdef PPS_SYNC
1039         struct pps_kcbind_args *kapi;
1040 #endif
1041
1042         switch (cmd) {
1043         case PPS_IOC_CREATE:
1044                 return (0);
1045         case PPS_IOC_DESTROY:
1046                 return (0);
1047         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1048                 app = (pps_params_t *)data;
1049                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1050                         return (EINVAL);
1051                 pps->ppsparam = *app;
1052                 return (0);
1053         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1054                 app = (pps_params_t *)data;
1055                 *app = pps->ppsparam;
1056                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1057                 return (0);
1058         case PPS_IOC_GETCAP:
1059                 *(int*)data = pps->ppscap;
1060                 return (0);
1061         case PPS_IOC_FETCH:
1062                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1063                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1064                         return (EINVAL);
1065                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1066                         return (EOPNOTSUPP);
1067                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1068                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1069                 return (0);
1070         case PPS_IOC_KCBIND:
1071 #ifdef PPS_SYNC
1072                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1073                 /* XXX Only root should be able to do this */
1074                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1075                         return (EINVAL);
1076                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1077                         return (EINVAL);
1078                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1079                         return (EINVAL);
1080                 pps->kcmode = kapi->edge;
1081                 return (0);
1082 #else
1083                 return (EOPNOTSUPP);
1084 #endif
1085         default:
1086                 return (ENOTTY);
1087         }
1088 }
1089
1090 void
1091 pps_init(struct pps_state *pps)
1092 {
1093         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1094         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1095                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1096         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1097                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1098 }
1099
1100 void
1101 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1102 {
1103         struct globaldata *gd;
1104         struct timespec *tsp;
1105         struct timespec *osp;
1106         struct timespec *bt;
1107         struct timespec ts;
1108         sysclock_t *pcount;
1109 #ifdef PPS_SYNC
1110         sysclock_t tcount;
1111 #endif
1112         sysclock_t delta;
1113         pps_seq_t *pseq;
1114         int foff;
1115         int fhard;
1116
1117         gd = mycpu;
1118
1119         /* Things would be easier with arrays... */
1120         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1121                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1122                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1123                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1124                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1125                 pcount = &pps->ppscount[0];
1126                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1127         } else {
1128                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1129                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1130                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1131                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1132                 pcount = &pps->ppscount[1];
1133                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1134         }
1135
1136         /* Nothing really happened */
1137         if (*pcount == count)
1138                 return;
1139
1140         *pcount = count;
1141
1142         do {
1143                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1144                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1145         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1146
1147         if (delta >= cputimer_freq) {
1148                 ts.tv_sec += delta / cputimer_freq;
1149                 delta %= cputimer_freq;
1150         }
1151         ts.tv_nsec = (cputimer_freq64_nsec * delta) >> 32;
1152         bt = &basetime[basetime_index];
1153         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1154         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1155         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1156                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1157                 ++ts.tv_sec;
1158         }
1159
1160         (*pseq)++;
1161         *tsp = ts;
1162
1163         if (foff) {
1164                 timespecadd(tsp, osp);
1165                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1166                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1167                         tsp->tv_sec -= 1;
1168                 }
1169         }
1170 #ifdef PPS_SYNC
1171         if (fhard) {
1172                 /* magic, at its best... */
1173                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1174                 pps->ppscount[2] = count;
1175                 if (tcount >= cputimer_freq) {
1176                         delta = (1000000000 * (tcount / cputimer_freq) +
1177                                  cputimer_freq64_nsec *
1178                                  (tcount % cputimer_freq)) >> 32;
1179                 } else {
1180                         delta = (cputimer_freq64_nsec * tcount) >> 32;
1181                 }
1182                 hardpps(tsp, delta);
1183         }
1184 #endif
1185 }
1186