b5529f637f8abba3bdde5a9024b7e116c22875fb
[dragonfly.git] / sys / kern / lwkt_thread.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2011 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
35 /*
36  * Each cpu in a system has its own self-contained light weight kernel
37  * thread scheduler, which means that generally speaking we only need
38  * to use a critical section to avoid problems.  Foreign thread 
39  * scheduling is queued via (async) IPIs.
40  */
41
42 #include <sys/param.h>
43 #include <sys/systm.h>
44 #include <sys/kernel.h>
45 #include <sys/proc.h>
46 #include <sys/rtprio.h>
47 #include <sys/kinfo.h>
48 #include <sys/queue.h>
49 #include <sys/sysctl.h>
50 #include <sys/kthread.h>
51 #include <machine/cpu.h>
52 #include <sys/lock.h>
53 #include <sys/spinlock.h>
54 #include <sys/ktr.h>
55 #include <sys/indefinite.h>
56
57 #include <sys/thread2.h>
58 #include <sys/spinlock2.h>
59 #include <sys/indefinite2.h>
60
61 #include <sys/dsched.h>
62
63 #include <vm/vm.h>
64 #include <vm/vm_param.h>
65 #include <vm/vm_kern.h>
66 #include <vm/vm_object.h>
67 #include <vm/vm_page.h>
68 #include <vm/vm_map.h>
69 #include <vm/vm_pager.h>
70 #include <vm/vm_extern.h>
71
72 #include <machine/stdarg.h>
73 #include <machine/smp.h>
74 #include <machine/clock.h>
75
76 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
77 #include <pthread.h>
78 #endif
79
80 #define LOOPMASK
81
82 #if !defined(KTR_CTXSW)
83 #define KTR_CTXSW KTR_ALL
84 #endif
85 KTR_INFO_MASTER(ctxsw);
86 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, sw, 0, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
87 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, pre, 1, "#cpu[%d].td = %p", int cpu, struct thread *td);
88 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, newtd, 2, "#threads[%p].name = %s", struct thread *td, char *comm);
89 KTR_INFO(KTR_CTXSW, ctxsw, deadtd, 3, "#threads[%p].name = <dead>", struct thread *td);
90
91 static MALLOC_DEFINE(M_THREAD, "thread", "lwkt threads");
92
93 #ifdef  INVARIANTS
94 static int panic_on_cscount = 0;
95 #endif
96 static int64_t switch_count = 0;
97 static int64_t preempt_hit = 0;
98 static int64_t preempt_miss = 0;
99 static int64_t preempt_weird = 0;
100 static int lwkt_use_spin_port;
101 static struct objcache *thread_cache;
102 int cpu_mwait_spin = 0;
103
104 static void lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame);
105 static void lwkt_setcpu_remote(void *arg);
106
107 /*
108  * We can make all thread ports use the spin backend instead of the thread
109  * backend.  This should only be set to debug the spin backend.
110  */
111 TUNABLE_INT("lwkt.use_spin_port", &lwkt_use_spin_port);
112
113 #ifdef  INVARIANTS
114 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, panic_on_cscount, CTLFLAG_RW, &panic_on_cscount, 0,
115     "Panic if attempting to switch lwkt's while mastering cpusync");
116 #endif
117 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, switch_count, CTLFLAG_RW, &switch_count, 0,
118     "Number of switched threads");
119 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_hit, CTLFLAG_RW, &preempt_hit, 0, 
120     "Successful preemption events");
121 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_miss, CTLFLAG_RW, &preempt_miss, 0, 
122     "Failed preemption events");
123 SYSCTL_QUAD(_lwkt, OID_AUTO, preempt_weird, CTLFLAG_RW, &preempt_weird, 0,
124     "Number of preempted threads.");
125 static int fairq_enable = 0;
126 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_enable, CTLFLAG_RW,
127         &fairq_enable, 0, "Turn on fairq priority accumulators");
128 static int fairq_bypass = -1;
129 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, fairq_bypass, CTLFLAG_RW,
130         &fairq_bypass, 0, "Allow fairq to bypass td on token failure");
131 extern int lwkt_sched_debug;
132 int lwkt_sched_debug = 0;
133 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, sched_debug, CTLFLAG_RW,
134         &lwkt_sched_debug, 0, "Scheduler debug");
135 static u_int lwkt_spin_loops = 10;
136 SYSCTL_UINT(_lwkt, OID_AUTO, spin_loops, CTLFLAG_RW,
137         &lwkt_spin_loops, 0, "Scheduler spin loops until sorted decon");
138 static int preempt_enable = 1;
139 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, preempt_enable, CTLFLAG_RW,
140         &preempt_enable, 0, "Enable preemption");
141 static int lwkt_cache_threads = 0;
142 SYSCTL_INT(_lwkt, OID_AUTO, cache_threads, CTLFLAG_RD,
143         &lwkt_cache_threads, 0, "thread+kstack cache");
144
145 /*
146  * These helper procedures handle the runq, they can only be called from
147  * within a critical section.
148  *
149  * WARNING!  Prior to SMP being brought up it is possible to enqueue and
150  * dequeue threads belonging to other cpus, so be sure to use td->td_gd
151  * instead of 'mycpu' when referencing the globaldata structure.   Once
152  * SMP live enqueuing and dequeueing only occurs on the current cpu.
153  */
154 static __inline
155 void
156 _lwkt_dequeue(thread_t td)
157 {
158     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
159         struct globaldata *gd = td->td_gd;
160
161         td->td_flags &= ~TDF_RUNQ;
162         TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
163         --gd->gd_tdrunqcount;
164         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == NULL)
165                 atomic_clear_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
166     }
167 }
168
169 /*
170  * Priority enqueue.
171  *
172  * There are a limited number of lwkt threads runnable since user
173  * processes only schedule one at a time per cpu.  However, there can
174  * be many user processes in kernel mode exiting from a tsleep() which
175  * become runnable.
176  *
177  * We scan the queue in both directions to help deal with degenerate
178  * situations when hundreds or thousands (or more) threads are runnable.
179  *
180  * NOTE: lwkt_schedulerclock() will force a round-robin based on td_pri and
181  *       will ignore user priority.  This is to ensure that user threads in
182  *       kernel mode get cpu at some point regardless of what the user
183  *       scheduler thinks.
184  */
185 static __inline
186 void
187 _lwkt_enqueue(thread_t td)
188 {
189     thread_t xtd;       /* forward scan */
190     thread_t rtd;       /* reverse scan */
191
192     if ((td->td_flags & (TDF_RUNQ|TDF_MIGRATING|TDF_BLOCKQ)) == 0) {
193         struct globaldata *gd = td->td_gd;
194
195         td->td_flags |= TDF_RUNQ;
196         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
197         if (xtd == NULL) {
198             TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
199             atomic_set_int(&gd->gd_reqflags, RQF_RUNNING);
200         } else {
201             /*
202              * NOTE: td_upri - higher numbers more desireable, same sense
203              *       as td_pri (typically reversed from lwp_upri).
204              *
205              *       In the equal priority case we want the best selection
206              *       at the beginning so the less desireable selections know
207              *       that they have to setrunqueue/go-to-another-cpu, even
208              *       though it means switching back to the 'best' selection.
209              *       This also avoids degenerate situations when many threads
210              *       are runnable or waking up at the same time.
211              *
212              *       If upri matches exactly place at end/round-robin.
213              */
214             rtd = TAILQ_LAST(&gd->gd_tdrunq, lwkt_queue);
215
216             while (xtd &&
217                    (xtd->td_pri > td->td_pri ||
218                     (xtd->td_pri == td->td_pri &&
219                      xtd->td_upri >= td->td_upri))) {
220                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
221
222                 /*
223                  * Doing a reverse scan at the same time is an optimization
224                  * for the insert-closer-to-tail case that avoids having to
225                  * scan the entire list.  This situation can occur when
226                  * thousands of threads are woken up at the same time.
227                  */
228                 if (rtd->td_pri > td->td_pri ||
229                     (rtd->td_pri == td->td_pri &&
230                     rtd->td_upri >= td->td_upri)) {
231                         TAILQ_INSERT_AFTER(&gd->gd_tdrunq, rtd, td, td_threadq);
232                         goto skip;
233                 }
234                 rtd = TAILQ_PREV(rtd, lwkt_queue, td_threadq);
235             }
236             if (xtd)
237                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
238             else
239                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
240         }
241 skip:
242         ++gd->gd_tdrunqcount;
243
244         /*
245          * Request a LWKT reschedule if we are now at the head of the queue.
246          */
247         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td)
248             need_lwkt_resched();
249     }
250 }
251
252 static boolean_t
253 _lwkt_thread_ctor(void *obj, void *privdata, int ocflags)
254 {
255         struct thread *td = (struct thread *)obj;
256
257         td->td_kstack = NULL;
258         td->td_kstack_size = 0;
259         td->td_flags = TDF_ALLOCATED_THREAD;
260         td->td_mpflags = 0;
261         return (1);
262 }
263
264 static void
265 _lwkt_thread_dtor(void *obj, void *privdata)
266 {
267         struct thread *td = (struct thread *)obj;
268
269         KASSERT(td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD,
270             ("_lwkt_thread_dtor: not allocated from objcache"));
271         KASSERT((td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) && td->td_kstack &&
272                 td->td_kstack_size > 0,
273             ("_lwkt_thread_dtor: corrupted stack"));
274         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
275         td->td_kstack = NULL;
276         td->td_flags = 0;
277 }
278
279 /*
280  * Initialize the lwkt s/system.
281  *
282  * Nominally cache up to 32 thread + kstack structures.  Cache more on
283  * systems with a lot of cpu cores.
284  */
285 static void
286 lwkt_init(void)
287 {
288     TUNABLE_INT("lwkt.cache_threads", &lwkt_cache_threads);
289     if (lwkt_cache_threads == 0) {
290         lwkt_cache_threads = ncpus * 4;
291         if (lwkt_cache_threads < 32)
292             lwkt_cache_threads = 32;
293     }
294     thread_cache = objcache_create_mbacked(
295                                 M_THREAD, sizeof(struct thread),
296                                 0, lwkt_cache_threads,
297                                 _lwkt_thread_ctor, _lwkt_thread_dtor, NULL);
298 }
299 SYSINIT(lwkt_init, SI_BOOT2_LWKT_INIT, SI_ORDER_FIRST, lwkt_init, NULL);
300
301 /*
302  * Schedule a thread to run.  As the current thread we can always safely
303  * schedule ourselves, and a shortcut procedure is provided for that
304  * function.
305  *
306  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
307  */
308 void
309 lwkt_schedule_self(thread_t td)
310 {
311     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
312     crit_enter_quick(td);
313     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
314             ("lwkt_schedule_self(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
315     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
316              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
317     _lwkt_enqueue(td);
318     crit_exit_quick(td);
319 }
320
321 /*
322  * Deschedule a thread.
323  *
324  * (non-blocking, self contained on a per cpu basis)
325  */
326 void
327 lwkt_deschedule_self(thread_t td)
328 {
329     crit_enter_quick(td);
330     _lwkt_dequeue(td);
331     crit_exit_quick(td);
332 }
333
334 /*
335  * LWKTs operate on a per-cpu basis
336  *
337  * WARNING!  Called from early boot, 'mycpu' may not work yet.
338  */
339 void
340 lwkt_gdinit(struct globaldata *gd)
341 {
342     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdrunq);
343     TAILQ_INIT(&gd->gd_tdallq);
344     lockinit(&gd->gd_sysctllock, "sysctl", 0, LK_CANRECURSE);
345 }
346
347 /*
348  * Create a new thread.  The thread must be associated with a process context
349  * or LWKT start address before it can be scheduled.  If the target cpu is
350  * -1 the thread will be created on the current cpu.
351  *
352  * If you intend to create a thread without a process context this function
353  * does everything except load the startup and switcher function.
354  */
355 thread_t
356 lwkt_alloc_thread(struct thread *td, int stksize, int cpu, int flags)
357 {
358     static int cpu_rotator;
359     globaldata_t gd = mycpu;
360     void *stack;
361
362     /*
363      * If static thread storage is not supplied allocate a thread.  Reuse
364      * a cached free thread if possible.  gd_freetd is used to keep an exiting
365      * thread intact through the exit.
366      */
367     if (td == NULL) {
368         crit_enter_gd(gd);
369         if ((td = gd->gd_freetd) != NULL) {
370             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
371                                       TDF_RUNQ)) == 0);
372             gd->gd_freetd = NULL;
373         } else {
374             td = objcache_get(thread_cache, M_WAITOK);
375             KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK|
376                                       TDF_RUNQ)) == 0);
377         }
378         crit_exit_gd(gd);
379         KASSERT((td->td_flags &
380                  (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) ==
381                  TDF_ALLOCATED_THREAD,
382                 ("lwkt_alloc_thread: corrupted td flags 0x%X", td->td_flags));
383         flags |= td->td_flags & (TDF_ALLOCATED_THREAD|TDF_ALLOCATED_STACK);
384     }
385
386     /*
387      * Try to reuse cached stack.
388      */
389     if ((stack = td->td_kstack) != NULL && td->td_kstack_size != stksize) {
390         if (flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
391             kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)stack, td->td_kstack_size);
392             stack = NULL;
393         }
394     }
395     if (stack == NULL) {
396         if (cpu < 0)
397                 stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize, 0);
398         else
399                 stack = (void *)kmem_alloc_stack(&kernel_map, stksize,
400                                                  KM_CPU(cpu));
401         flags |= TDF_ALLOCATED_STACK;
402     }
403     if (cpu < 0) {
404         cpu = ++cpu_rotator;
405         cpu_ccfence();
406         cpu = (uint32_t)cpu % (uint32_t)ncpus;
407     }
408     lwkt_init_thread(td, stack, stksize, flags, globaldata_find(cpu));
409     return(td);
410 }
411
412 /*
413  * Initialize a preexisting thread structure.  This function is used by
414  * lwkt_alloc_thread() and also used to initialize the per-cpu idlethread.
415  *
416  * All threads start out in a critical section at a priority of
417  * TDPRI_KERN_DAEMON.  Higher level code will modify the priority as
418  * appropriate.  This function may send an IPI message when the 
419  * requested cpu is not the current cpu and consequently gd_tdallq may
420  * not be initialized synchronously from the point of view of the originating
421  * cpu.
422  *
423  * NOTE! we have to be careful in regards to creating threads for other cpus
424  * if SMP has not yet been activated.
425  */
426 static void
427 lwkt_init_thread_remote(void *arg)
428 {
429     thread_t td = arg;
430
431     /*
432      * Protected by critical section held by IPI dispatch
433      */
434     TAILQ_INSERT_TAIL(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
435 }
436
437 /*
438  * lwkt core thread structural initialization.
439  *
440  * NOTE: All threads are initialized as mpsafe threads.
441  */
442 void
443 lwkt_init_thread(thread_t td, void *stack, int stksize, int flags,
444                 struct globaldata *gd)
445 {
446     globaldata_t mygd = mycpu;
447
448     bzero(td, sizeof(struct thread));
449     td->td_kstack = stack;
450     td->td_kstack_size = stksize;
451     td->td_flags = flags;
452     td->td_mpflags = 0;
453     td->td_type = TD_TYPE_GENERIC;
454     td->td_gd = gd;
455     td->td_pri = TDPRI_KERN_DAEMON;
456     td->td_critcount = 1;
457     td->td_toks_have = NULL;
458     td->td_toks_stop = &td->td_toks_base;
459     if (lwkt_use_spin_port || (flags & TDF_FORCE_SPINPORT)) {
460         lwkt_initport_spin(&td->td_msgport, td,
461             (flags & TDF_FIXEDCPU) ? TRUE : FALSE);
462     } else {
463         lwkt_initport_thread(&td->td_msgport, td);
464     }
465     pmap_init_thread(td);
466     /*
467      * Normally initializing a thread for a remote cpu requires sending an
468      * IPI.  However, the idlethread is setup before the other cpus are
469      * activated so we have to treat it as a special case.  XXX manipulation
470      * of gd_tdallq requires the BGL.
471      */
472     if (gd == mygd || td == &gd->gd_idlethread) {
473         crit_enter_gd(mygd);
474         TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
475         crit_exit_gd(mygd);
476     } else {
477         lwkt_send_ipiq(gd, lwkt_init_thread_remote, td);
478     }
479     dsched_enter_thread(td);
480 }
481
482 void
483 lwkt_set_comm(thread_t td, const char *ctl, ...)
484 {
485     __va_list va;
486
487     __va_start(va, ctl);
488     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), ctl, va);
489     __va_end(va);
490     KTR_LOG(ctxsw_newtd, td, td->td_comm);
491 }
492
493 /*
494  * Prevent the thread from getting destroyed.  Note that unlike PHOLD/PRELE
495  * this does not prevent the thread from migrating to another cpu so the
496  * gd_tdallq state is not protected by this.
497  */
498 void
499 lwkt_hold(thread_t td)
500 {
501     atomic_add_int(&td->td_refs, 1);
502 }
503
504 void
505 lwkt_rele(thread_t td)
506 {
507     KKASSERT(td->td_refs > 0);
508     atomic_add_int(&td->td_refs, -1);
509 }
510
511 void
512 lwkt_free_thread(thread_t td)
513 {
514     KKASSERT(td->td_refs == 0);
515     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING | TDF_PREEMPT_LOCK |
516                               TDF_RUNQ | TDF_TSLEEPQ)) == 0);
517     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD) {
518         objcache_put(thread_cache, td);
519     } else if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_STACK) {
520         /* client-allocated struct with internally allocated stack */
521         KASSERT(td->td_kstack && td->td_kstack_size > 0,
522             ("lwkt_free_thread: corrupted stack"));
523         kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)td->td_kstack, td->td_kstack_size);
524         td->td_kstack = NULL;
525         td->td_kstack_size = 0;
526     }
527
528     KTR_LOG(ctxsw_deadtd, td);
529 }
530
531
532 /*
533  * Switch to the next runnable lwkt.  If no LWKTs are runnable then 
534  * switch to the idlethread.  Switching must occur within a critical
535  * section to avoid races with the scheduling queue.
536  *
537  * We always have full control over our cpu's run queue.  Other cpus
538  * that wish to manipulate our queue must use the cpu_*msg() calls to
539  * talk to our cpu, so a critical section is all that is needed and
540  * the result is very, very fast thread switching.
541  *
542  * The LWKT scheduler uses a fixed priority model and round-robins at
543  * each priority level.  User process scheduling is a totally
544  * different beast and LWKT priorities should not be confused with
545  * user process priorities.
546  *
547  * PREEMPTION NOTE: Preemption occurs via lwkt_preempt().  lwkt_switch()
548  * is not called by the current thread in the preemption case, only when
549  * the preempting thread blocks (in order to return to the original thread).
550  *
551  * SPECIAL NOTE ON SWITCH ATOMICY: Certain operations such as thread
552  * migration and tsleep deschedule the current lwkt thread and call
553  * lwkt_switch().  In particular, the target cpu of the migration fully
554  * expects the thread to become non-runnable and can deadlock against
555  * cpusync operations if we run any IPIs prior to switching the thread out.
556  *
557  * WE MUST BE VERY CAREFUL NOT TO RUN SPLZ DIRECTLY OR INDIRECTLY IF
558  * THE CURRENT THREAD HAS BEEN DESCHEDULED!
559  */
560 void
561 lwkt_switch(void)
562 {
563     globaldata_t gd = mycpu;
564     thread_t td = gd->gd_curthread;
565     thread_t ntd;
566     thread_t xtd;
567     int upri;
568 #ifdef LOOPMASK
569     uint64_t tsc_base = rdtsc();
570 #endif
571
572     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
573     KKASSERT(td->td_flags & TDF_RUNNING);
574
575     /*
576      * Switching from within a 'fast' (non thread switched) interrupt or IPI
577      * is illegal.  However, we may have to do it anyway if we hit a fatal
578      * kernel trap or we have paniced.
579      *
580      * If this case occurs save and restore the interrupt nesting level.
581      */
582     if (gd->gd_intr_nesting_level) {
583         int savegdnest;
584         int savegdtrap;
585
586         if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panic_cpu_gd != mycpu) {
587             panic("lwkt_switch: Attempt to switch from a "
588                   "fast interrupt, ipi, or hard code section, "
589                   "td %p\n",
590                   td);
591         } else {
592             savegdnest = gd->gd_intr_nesting_level;
593             savegdtrap = gd->gd_trap_nesting_level;
594             gd->gd_intr_nesting_level = 0;
595             gd->gd_trap_nesting_level = 0;
596             if ((td->td_flags & TDF_PANICWARN) == 0) {
597                 td->td_flags |= TDF_PANICWARN;
598                 kprintf("Warning: thread switch from interrupt, IPI, "
599                         "or hard code section.\n"
600                         "thread %p (%s)\n", td, td->td_comm);
601                 print_backtrace(-1);
602             }
603             lwkt_switch();
604             gd->gd_intr_nesting_level = savegdnest;
605             gd->gd_trap_nesting_level = savegdtrap;
606             return;
607         }
608     }
609
610     /*
611      * Release our current user process designation if we are blocking
612      * or if a user reschedule was requested.
613      *
614      * NOTE: This function is NOT called if we are switching into or
615      *       returning from a preemption.
616      *
617      * NOTE: Releasing our current user process designation may cause
618      *       it to be assigned to another thread, which in turn will
619      *       cause us to block in the usched acquire code when we attempt
620      *       to return to userland.
621      *
622      * NOTE: On SMP systems this can be very nasty when heavy token
623      *       contention is present so we want to be careful not to
624      *       release the designation gratuitously.
625      */
626     if (td->td_release &&
627         (user_resched_wanted() || (td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0)) {
628             td->td_release(td);
629     }
630
631     /*
632      * Release all tokens.  Once we do this we must remain in the critical
633      * section and cannot run IPIs or other interrupts until we switch away
634      * because they may implode if they try to get a token using our thread
635      * context.
636      */
637     crit_enter_gd(gd);
638     if (TD_TOKS_HELD(td))
639             lwkt_relalltokens(td);
640
641     /*
642      * We had better not be holding any spin locks, but don't get into an
643      * endless panic loop.
644      */
645     KASSERT(gd->gd_spinlocks == 0 || panicstr != NULL,
646             ("lwkt_switch: still holding %d exclusive spinlocks!",
647              gd->gd_spinlocks));
648
649 #ifdef  INVARIANTS
650     if (td->td_cscount) {
651         kprintf("Diagnostic: attempt to switch while mastering cpusync: %p\n",
652                 td);
653         if (panic_on_cscount)
654             panic("switching while mastering cpusync");
655     }
656 #endif
657
658     /*
659      * If we had preempted another thread on this cpu, resume the preempted
660      * thread.  This occurs transparently, whether the preempted thread
661      * was scheduled or not (it may have been preempted after descheduling
662      * itself).
663      *
664      * We have to setup the MP lock for the original thread after backing
665      * out the adjustment that was made to curthread when the original
666      * was preempted.
667      */
668     if ((ntd = td->td_preempted) != NULL) {
669         KKASSERT(ntd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK);
670         ntd->td_flags |= TDF_PREEMPT_DONE;
671         ntd->td_contended = 0;          /* reset contended */
672
673         /*
674          * The interrupt may have woken a thread up, we need to properly
675          * set the reschedule flag if the originally interrupted thread is
676          * at a lower priority.
677          *
678          * NOTE: The interrupt may not have descheduled ntd.
679          *
680          * NOTE: We do not reschedule if there are no threads on the runq.
681          *       (ntd could be the idlethread).
682          */
683         xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
684         if (xtd && xtd != ntd)
685             need_lwkt_resched();
686         goto havethread_preempted;
687     }
688
689     /*
690      * Figure out switch target.  If we cannot switch to our desired target
691      * look for a thread that we can switch to.
692      *
693      * NOTE! The limited spin loop and related parameters are extremely
694      *       important for system performance, particularly for pipes and
695      *       concurrent conflicting VM faults.
696      */
697     clear_lwkt_resched();
698     ntd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
699
700     if (ntd) {
701         do {
702             if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
703                 lwkt_getalltokens(ntd, (ntd->td_contended > lwkt_spin_loops)))
704             {
705                 goto havethread;
706             }
707             ++ntd->td_contended;        /* overflow ok */
708             if (gd->gd_indefinite.type == 0)
709                 indefinite_init(&gd->gd_indefinite, NULL, 0, 't');
710 #ifdef LOOPMASK
711             if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
712                     kprintf("lwkt_switch: excessive contended %d "
713                             "thread %p\n", ntd->td_contended, ntd);
714                     tsc_base = rdtsc();
715             }
716 #endif
717         } while (ntd->td_contended < (lwkt_spin_loops >> 1));
718         upri = ntd->td_upri;
719
720         /*
721          * Bleh, the thread we wanted to switch to has a contended token.
722          * See if we can switch to another thread.
723          *
724          * We generally don't want to do this because it represents a
725          * priority inversion.  Do not allow the case if the thread
726          * is returning to userland (not a kernel thread) AND the thread
727          * has a lower upri.
728          */
729         while ((ntd = TAILQ_NEXT(ntd, td_threadq)) != NULL) {
730             if (ntd->td_pri < TDPRI_KERN_LPSCHED && upri > ntd->td_upri)
731                 break;
732             upri = ntd->td_upri;
733
734             /*
735              * Try this one.
736              */
737             if (TD_TOKS_NOT_HELD(ntd) ||
738                 lwkt_getalltokens(ntd, (ntd->td_contended > lwkt_spin_loops))) {
739                     goto havethread;
740             }
741             ++ntd->td_contended;        /* overflow ok */
742         }
743
744         /*
745          * Fall through, switch to idle thread to get us out of the current
746          * context.  Since we were contended, prevent HLT by flagging a
747          * LWKT reschedule.
748          */
749         need_lwkt_resched();
750     }
751
752     /*
753      * We either contended on ntd or the runq is empty.  We must switch
754      * through the idle thread to get out of the current context.
755      */
756     ntd = &gd->gd_idlethread;
757     if (gd->gd_trap_nesting_level == 0 && panicstr == NULL)
758         ASSERT_NO_TOKENS_HELD(ntd);
759     cpu_time.cp_msg[0] = 0;
760     goto haveidle;
761
762 havethread:
763     /*
764      * Clear gd_idle_repeat when doing a normal switch to a non-idle
765      * thread.
766      */
767     ntd->td_wmesg = NULL;
768     ntd->td_contended = 0;      /* reset once scheduled */
769     ++gd->gd_cnt.v_swtch;
770     gd->gd_idle_repeat = 0;
771
772     /*
773      * If we were busy waiting record final disposition
774      */
775     if (gd->gd_indefinite.type)
776             indefinite_done(&gd->gd_indefinite);
777
778 havethread_preempted:
779     /*
780      * If the new target does not need the MP lock and we are holding it,
781      * release the MP lock.  If the new target requires the MP lock we have
782      * already acquired it for the target.
783      */
784     ;
785 haveidle:
786     KASSERT(ntd->td_critcount,
787             ("priority problem in lwkt_switch %d %d",
788             td->td_critcount, ntd->td_critcount));
789
790     if (td != ntd) {
791         /*
792          * Execute the actual thread switch operation.  This function
793          * returns to the current thread and returns the previous thread
794          * (which may be different from the thread we switched to).
795          *
796          * We are responsible for marking ntd as TDF_RUNNING.
797          */
798         KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
799         ++switch_count;
800         KTR_LOG(ctxsw_sw, gd->gd_cpuid, ntd);
801         ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
802         lwkt_switch_return(td->td_switch(ntd));
803         /* ntd invalid, td_switch() can return a different thread_t */
804     }
805
806     /*
807      * catch-all.  XXX is this strictly needed?
808      */
809     splz_check();
810
811     /* NOTE: current cpu may have changed after switch */
812     crit_exit_quick(td);
813 }
814
815 /*
816  * Called by assembly in the td_switch (thread restore path) for thread
817  * bootstrap cases which do not 'return' to lwkt_switch().
818  */
819 void
820 lwkt_switch_return(thread_t otd)
821 {
822         globaldata_t rgd;
823 #ifdef LOOPMASK
824         uint64_t tsc_base = rdtsc();
825 #endif
826         int exiting;
827
828         exiting = otd->td_flags & TDF_EXITING;
829         cpu_ccfence();
830
831         /*
832          * Check if otd was migrating.  Now that we are on ntd we can finish
833          * up the migration.  This is a bit messy but it is the only place
834          * where td is known to be fully descheduled.
835          *
836          * We can only activate the migration if otd was migrating but not
837          * held on the cpu due to a preemption chain.  We still have to
838          * clear TDF_RUNNING on the old thread either way.
839          *
840          * We are responsible for clearing the previously running thread's
841          * TDF_RUNNING.
842          */
843         if ((rgd = otd->td_migrate_gd) != NULL &&
844             (otd->td_flags & TDF_PREEMPT_LOCK) == 0) {
845                 KKASSERT((otd->td_flags & (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING)) ==
846                          (TDF_MIGRATING | TDF_RUNNING));
847                 otd->td_migrate_gd = NULL;
848                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
849                 lwkt_send_ipiq(rgd, lwkt_setcpu_remote, otd);
850         } else {
851                 otd->td_flags &= ~TDF_RUNNING;
852         }
853
854         /*
855          * Final exit validations (see lwp_wait()).  Note that otd becomes
856          * invalid the *instant* we set TDF_MP_EXITSIG.
857          *
858          * Use the EXITING status loaded from before we clear TDF_RUNNING,
859          * because if it is not set otd becomes invalid the instant we clear
860          * TDF_RUNNING on it (otherwise, if the system is fast enough, we
861          * might 'steal' TDF_EXITING from another switch-return!).
862          */
863         while (exiting) {
864                 u_int mpflags;
865
866                 mpflags = otd->td_mpflags;
867                 cpu_ccfence();
868
869                 if (mpflags & TDF_MP_EXITWAIT) {
870                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
871                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
872                                 wakeup(otd);
873                                 break;
874                         }
875                 } else {
876                         if (atomic_cmpset_int(&otd->td_mpflags, mpflags,
877                                               mpflags | TDF_MP_EXITSIG)) {
878                                 wakeup(otd);
879                                 break;
880                         }
881                 }
882
883 #ifdef LOOPMASK
884                 if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
885                         kprintf("lwkt_switch_return: excessive TDF_EXITING "
886                                 "thread %p\n", otd);
887                         tsc_base = rdtsc();
888                 }
889 #endif
890         }
891 }
892
893 /*
894  * Request that the target thread preempt the current thread.  Preemption
895  * can only occur only:
896  *
897  *      - If our critical section is the one that we were called with
898  *      - The relative priority of the target thread is higher
899  *      - The target is not excessively interrupt-nested via td_nest_count
900  *      - The target thread holds no tokens.
901  *      - The target thread is not already scheduled and belongs to the
902  *        current cpu.
903  *      - The current thread is not holding any spin-locks.
904  *
905  * THE CALLER OF LWKT_PREEMPT() MUST BE IN A CRITICAL SECTION.  Typically
906  * this is called via lwkt_schedule() through the td_preemptable callback.
907  * critcount is the managed critical priority that we should ignore in order
908  * to determine whether preemption is possible (aka usually just the crit
909  * priority of lwkt_schedule() itself).
910  *
911  * Preemption is typically limited to interrupt threads.
912  *
913  * Operation works in a fairly straight-forward manner.  The normal
914  * scheduling code is bypassed and we switch directly to the target
915  * thread.  When the target thread attempts to block or switch away
916  * code at the base of lwkt_switch() will switch directly back to our
917  * thread.  Our thread is able to retain whatever tokens it holds and
918  * if the target needs one of them the target will switch back to us
919  * and reschedule itself normally.
920  */
921 void
922 lwkt_preempt(thread_t ntd, int critcount)
923 {
924     struct globaldata *gd = mycpu;
925     thread_t xtd;
926     thread_t td;
927     int save_gd_intr_nesting_level;
928
929     /*
930      * The caller has put us in a critical section.  We can only preempt
931      * if the caller of the caller was not in a critical section (basically
932      * a local interrupt), as determined by the 'critcount' parameter.  We
933      * also can't preempt if the caller is holding any spinlocks (even if
934      * he isn't in a critical section).  This also handles the tokens test.
935      *
936      * YYY The target thread must be in a critical section (else it must
937      * inherit our critical section?  I dunno yet).
938      */
939     KASSERT(ntd->td_critcount, ("BADCRIT0 %d", ntd->td_pri));
940
941     td = gd->gd_curthread;
942     if (preempt_enable == 0) {
943         ++preempt_miss;
944         return;
945     }
946     if (ntd->td_pri <= td->td_pri) {
947         ++preempt_miss;
948         return;
949     }
950     if (td->td_critcount > critcount) {
951         ++preempt_miss;
952         return;
953     }
954     if (td->td_nest_count >= 2) {
955         ++preempt_miss;
956         return;
957     }
958     if (td->td_cscount) {
959         ++preempt_miss;
960         return;
961     }
962     if (ntd->td_gd != gd) {
963         ++preempt_miss;
964         return;
965     }
966
967     /*
968      * We don't have to check spinlocks here as they will also bump
969      * td_critcount.
970      *
971      * Do not try to preempt if the target thread is holding any tokens.
972      * We could try to acquire the tokens but this case is so rare there
973      * is no need to support it.
974      */
975     KKASSERT(gd->gd_spinlocks == 0);
976
977     if (TD_TOKS_HELD(ntd)) {
978         ++preempt_miss;
979         return;
980     }
981     if (td == ntd || ((td->td_flags | ntd->td_flags) & TDF_PREEMPT_LOCK)) {
982         ++preempt_weird;
983         return;
984     }
985     if (ntd->td_preempted) {
986         ++preempt_hit;
987         return;
988     }
989     KKASSERT(gd->gd_processing_ipiq == 0);
990
991     /*
992      * Since we are able to preempt the current thread, there is no need to
993      * call need_lwkt_resched().
994      *
995      * We must temporarily clear gd_intr_nesting_level around the switch
996      * since switchouts from the target thread are allowed (they will just
997      * return to our thread), and since the target thread has its own stack.
998      *
999      * A preemption must switch back to the original thread, assert the
1000      * case.
1001      */
1002     ++preempt_hit;
1003     ntd->td_preempted = td;
1004     td->td_flags |= TDF_PREEMPT_LOCK;
1005     KTR_LOG(ctxsw_pre, gd->gd_cpuid, ntd);
1006     save_gd_intr_nesting_level = gd->gd_intr_nesting_level;
1007     gd->gd_intr_nesting_level = 0;
1008
1009     KKASSERT((ntd->td_flags & TDF_RUNNING) == 0);
1010     ntd->td_flags |= TDF_RUNNING;
1011     xtd = td->td_switch(ntd);
1012     KKASSERT(xtd == ntd);
1013     lwkt_switch_return(xtd);
1014     gd->gd_intr_nesting_level = save_gd_intr_nesting_level;
1015
1016     KKASSERT(ntd->td_preempted && (td->td_flags & TDF_PREEMPT_DONE));
1017     ntd->td_preempted = NULL;
1018     td->td_flags &= ~(TDF_PREEMPT_LOCK|TDF_PREEMPT_DONE);
1019 }
1020
1021 /*
1022  * Conditionally call splz() if gd_reqflags indicates work is pending.
1023  * This will work inside a critical section but not inside a hard code
1024  * section.
1025  *
1026  * (self contained on a per cpu basis)
1027  */
1028 void
1029 splz_check(void)
1030 {
1031     globaldata_t gd = mycpu;
1032     thread_t td = gd->gd_curthread;
1033
1034     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) &&
1035         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1036         td->td_nest_count < 2)
1037     {
1038         splz();
1039     }
1040 }
1041
1042 /*
1043  * This version is integrated into crit_exit, reqflags has already
1044  * been tested but td_critcount has not.
1045  *
1046  * We only want to execute the splz() on the 1->0 transition of
1047  * critcount and not in a hard code section or if too deeply nested.
1048  *
1049  * NOTE: gd->gd_spinlocks is implied to be 0 when td_critcount is 0.
1050  */
1051 void
1052 lwkt_maybe_splz(thread_t td)
1053 {
1054     globaldata_t gd = td->td_gd;
1055
1056     if (td->td_critcount == 0 &&
1057         gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
1058         td->td_nest_count < 2)
1059     {
1060         splz();
1061     }
1062 }
1063
1064 /*
1065  * Drivers which set up processing co-threads can call this function to
1066  * run the co-thread at a higher priority and to allow it to preempt
1067  * normal threads.
1068  */
1069 void
1070 lwkt_set_interrupt_support_thread(void)
1071 {
1072         thread_t td = curthread;
1073
1074         lwkt_setpri_self(TDPRI_INT_SUPPORT);
1075         td->td_flags |= TDF_INTTHREAD;
1076         td->td_preemptable = lwkt_preempt;
1077 }
1078
1079
1080 /*
1081  * This function is used to negotiate a passive release of the current
1082  * process/lwp designation with the user scheduler, allowing the user
1083  * scheduler to schedule another user thread.  The related kernel thread
1084  * (curthread) continues running in the released state.
1085  */
1086 void
1087 lwkt_passive_release(struct thread *td)
1088 {
1089     struct lwp *lp = td->td_lwp;
1090
1091     td->td_release = NULL;
1092     lwkt_setpri_self(TDPRI_KERN_USER);
1093
1094     lp->lwp_proc->p_usched->release_curproc(lp);
1095 }
1096
1097
1098 /*
1099  * This implements a LWKT yield, allowing a kernel thread to yield to other
1100  * kernel threads at the same or higher priority.  This function can be
1101  * called in a tight loop and will typically only yield once per tick.
1102  *
1103  * Most kernel threads run at the same priority in order to allow equal
1104  * sharing.
1105  *
1106  * (self contained on a per cpu basis)
1107  */
1108 void
1109 lwkt_yield(void)
1110 {
1111     globaldata_t gd = mycpu;
1112     thread_t td = gd->gd_curthread;
1113
1114     /*
1115      * Should never be called with spinlocks held but there is a path
1116      * via ACPI where it might happen.
1117      */
1118     if (gd->gd_spinlocks)
1119         return;
1120
1121     /*
1122      * Safe to call splz if we are not too-heavily nested.
1123      */
1124     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1125         splz();
1126
1127     /*
1128      * Caller allows switching
1129      */
1130     if (lwkt_resched_wanted()) {
1131         lwkt_schedule_self(curthread);
1132         lwkt_switch();
1133     }
1134 }
1135
1136 /*
1137  * The quick version processes pending interrupts and higher-priority
1138  * LWKT threads but will not round-robin same-priority LWKT threads.
1139  *
1140  * When called while attempting to return to userland the only same-pri
1141  * threads are the ones which have already tried to become the current
1142  * user process.
1143  */
1144 void
1145 lwkt_yield_quick(void)
1146 {
1147     globaldata_t gd = mycpu;
1148     thread_t td = gd->gd_curthread;
1149
1150     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1151         splz();
1152     if (lwkt_resched_wanted()) {
1153         crit_enter();
1154         if (TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq) == td) {
1155             clear_lwkt_resched();
1156         } else {
1157             lwkt_schedule_self(curthread);
1158             lwkt_switch();
1159         }
1160         crit_exit();
1161     }
1162 }
1163
1164 /*
1165  * This yield is designed for kernel threads with a user context.
1166  *
1167  * The kernel acting on behalf of the user is potentially cpu-bound,
1168  * this function will efficiently allow other threads to run and also
1169  * switch to other processes by releasing.
1170  *
1171  * The lwkt_user_yield() function is designed to have very low overhead
1172  * if no yield is determined to be needed.
1173  */
1174 void
1175 lwkt_user_yield(void)
1176 {
1177     globaldata_t gd = mycpu;
1178     thread_t td = gd->gd_curthread;
1179
1180     /*
1181      * Should never be called with spinlocks held but there is a path
1182      * via ACPI where it might happen.
1183      */
1184     if (gd->gd_spinlocks)
1185         return;
1186
1187     /*
1188      * Always run any pending interrupts in case we are in a critical
1189      * section.
1190      */
1191     if ((gd->gd_reqflags & RQF_IDLECHECK_MASK) && td->td_nest_count < 2)
1192         splz();
1193
1194     /*
1195      * Switch (which forces a release) if another kernel thread needs
1196      * the cpu, if userland wants us to resched, or if our kernel
1197      * quantum has run out.
1198      */
1199     if (lwkt_resched_wanted() ||
1200         user_resched_wanted())
1201     {
1202         lwkt_switch();
1203     }
1204
1205 #if 0
1206     /*
1207      * Reacquire the current process if we are released.
1208      *
1209      * XXX not implemented atm.  The kernel may be holding locks and such,
1210      *     so we want the thread to continue to receive cpu.
1211      */
1212     if (td->td_release == NULL && lp) {
1213         lp->lwp_proc->p_usched->acquire_curproc(lp);
1214         td->td_release = lwkt_passive_release;
1215         lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_NORM);
1216     }
1217 #endif
1218 }
1219
1220 /*
1221  * Generic schedule.  Possibly schedule threads belonging to other cpus and
1222  * deal with threads that might be blocked on a wait queue.
1223  *
1224  * We have a little helper inline function which does additional work after
1225  * the thread has been enqueued, including dealing with preemption and
1226  * setting need_lwkt_resched() (which prevents the kernel from returning
1227  * to userland until it has processed higher priority threads).
1228  *
1229  * It is possible for this routine to be called after a failed _enqueue
1230  * (due to the target thread migrating, sleeping, or otherwise blocked).
1231  * We have to check that the thread is actually on the run queue!
1232  */
1233 static __inline
1234 void
1235 _lwkt_schedule_post(globaldata_t gd, thread_t ntd, int ccount)
1236 {
1237     if (ntd->td_flags & TDF_RUNQ) {
1238         if (ntd->td_preemptable) {
1239             ntd->td_preemptable(ntd, ccount);   /* YYY +token */
1240         }
1241     }
1242 }
1243
1244 static __inline
1245 void
1246 _lwkt_schedule(thread_t td)
1247 {
1248     globaldata_t mygd = mycpu;
1249
1250     KASSERT(td != &td->td_gd->gd_idlethread,
1251             ("lwkt_schedule(): scheduling gd_idlethread is illegal!"));
1252     KKASSERT((td->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0);
1253     crit_enter_gd(mygd);
1254     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1255              (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1256
1257     if (td == mygd->gd_curthread) {
1258         _lwkt_enqueue(td);
1259     } else {
1260         /*
1261          * If we own the thread, there is no race (since we are in a
1262          * critical section).  If we do not own the thread there might
1263          * be a race but the target cpu will deal with it.
1264          */
1265         if (td->td_gd == mygd) {
1266             _lwkt_enqueue(td);
1267             _lwkt_schedule_post(mygd, td, 1);
1268         } else {
1269             lwkt_send_ipiq3(td->td_gd, lwkt_schedule_remote, td, 0);
1270         }
1271     }
1272     crit_exit_gd(mygd);
1273 }
1274
1275 void
1276 lwkt_schedule(thread_t td)
1277 {
1278     _lwkt_schedule(td);
1279 }
1280
1281 void
1282 lwkt_schedule_noresched(thread_t td)    /* XXX not impl */
1283 {
1284     _lwkt_schedule(td);
1285 }
1286
1287 /*
1288  * When scheduled remotely if frame != NULL the IPIQ is being
1289  * run via doreti or an interrupt then preemption can be allowed.
1290  *
1291  * To allow preemption we have to drop the critical section so only
1292  * one is present in _lwkt_schedule_post.
1293  */
1294 static void
1295 lwkt_schedule_remote(void *arg, int arg2, struct intrframe *frame)
1296 {
1297     thread_t td = curthread;
1298     thread_t ntd = arg;
1299
1300     if (frame && ntd->td_preemptable) {
1301         crit_exit_noyield(td);
1302         _lwkt_schedule(ntd);
1303         crit_enter_quick(td);
1304     } else {
1305         _lwkt_schedule(ntd);
1306     }
1307 }
1308
1309 /*
1310  * Thread migration using a 'Pull' method.  The thread may or may not be
1311  * the current thread.  It MUST be descheduled and in a stable state.
1312  * lwkt_giveaway() must be called on the cpu owning the thread.
1313  *
1314  * At any point after lwkt_giveaway() is called, the target cpu may
1315  * 'pull' the thread by calling lwkt_acquire().
1316  *
1317  * We have to make sure the thread is not sitting on a per-cpu tsleep
1318  * queue or it will blow up when it moves to another cpu.
1319  *
1320  * MPSAFE - must be called under very specific conditions.
1321  */
1322 void
1323 lwkt_giveaway(thread_t td)
1324 {
1325     globaldata_t gd = mycpu;
1326
1327     crit_enter_gd(gd);
1328     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1329         tsleep_remove(td);
1330     KKASSERT(td->td_gd == gd);
1331     TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1332     td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1333     crit_exit_gd(gd);
1334 }
1335
1336 void
1337 lwkt_acquire(thread_t td)
1338 {
1339     globaldata_t gd;
1340     globaldata_t mygd;
1341
1342     KKASSERT(td->td_flags & TDF_MIGRATING);
1343     gd = td->td_gd;
1344     mygd = mycpu;
1345     if (gd != mycpu) {
1346 #ifdef LOOPMASK
1347         uint64_t tsc_base = rdtsc();
1348 #endif
1349         cpu_lfence();
1350         KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1351         crit_enter_gd(mygd);
1352         DEBUG_PUSH_INFO("lwkt_acquire");
1353         while (td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) {
1354             lwkt_process_ipiq();
1355             cpu_lfence();
1356 #ifdef _KERNEL_VIRTUAL
1357             pthread_yield();
1358 #endif
1359 #ifdef LOOPMASK
1360             if (tsc_frequency && rdtsc() - tsc_base > tsc_frequency) {
1361                     kprintf("lwkt_acquire: stuck td %p td->td_flags %08x\n",
1362                             td, td->td_flags);
1363                     tsc_base = rdtsc();
1364             }
1365 #endif
1366         }
1367         DEBUG_POP_INFO();
1368         cpu_mfence();
1369         td->td_gd = mygd;
1370         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1371         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1372         crit_exit_gd(mygd);
1373     } else {
1374         crit_enter_gd(mygd);
1375         TAILQ_INSERT_TAIL(&mygd->gd_tdallq, td, td_allq);
1376         td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1377         crit_exit_gd(mygd);
1378     }
1379 }
1380
1381 /*
1382  * Generic deschedule.  Descheduling threads other then your own should be
1383  * done only in carefully controlled circumstances.  Descheduling is 
1384  * asynchronous.  
1385  *
1386  * This function may block if the cpu has run out of messages.
1387  */
1388 void
1389 lwkt_deschedule(thread_t td)
1390 {
1391     crit_enter();
1392     if (td == curthread) {
1393         _lwkt_dequeue(td);
1394     } else {
1395         if (td->td_gd == mycpu) {
1396             _lwkt_dequeue(td);
1397         } else {
1398             lwkt_send_ipiq(td->td_gd, (ipifunc1_t)lwkt_deschedule, td);
1399         }
1400     }
1401     crit_exit();
1402 }
1403
1404 /*
1405  * Set the target thread's priority.  This routine does not automatically
1406  * switch to a higher priority thread, LWKT threads are not designed for
1407  * continuous priority changes.  Yield if you want to switch.
1408  */
1409 void
1410 lwkt_setpri(thread_t td, int pri)
1411 {
1412     if (td->td_pri != pri) {
1413         KKASSERT(pri >= 0);
1414         crit_enter();
1415         if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1416             KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1417             _lwkt_dequeue(td);
1418             td->td_pri = pri;
1419             _lwkt_enqueue(td);
1420         } else {
1421             td->td_pri = pri;
1422         }
1423         crit_exit();
1424     }
1425 }
1426
1427 /*
1428  * Set the initial priority for a thread prior to it being scheduled for
1429  * the first time.  The thread MUST NOT be scheduled before or during
1430  * this call.  The thread may be assigned to a cpu other then the current
1431  * cpu.
1432  *
1433  * Typically used after a thread has been created with TDF_STOPPREQ,
1434  * and before the thread is initially scheduled.
1435  */
1436 void
1437 lwkt_setpri_initial(thread_t td, int pri)
1438 {
1439     KKASSERT(pri >= 0);
1440     KKASSERT((td->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
1441     td->td_pri = pri;
1442 }
1443
1444 void
1445 lwkt_setpri_self(int pri)
1446 {
1447     thread_t td = curthread;
1448
1449     KKASSERT(pri >= 0 && pri <= TDPRI_MAX);
1450     crit_enter();
1451     if (td->td_flags & TDF_RUNQ) {
1452         _lwkt_dequeue(td);
1453         td->td_pri = pri;
1454         _lwkt_enqueue(td);
1455     } else {
1456         td->td_pri = pri;
1457     }
1458     crit_exit();
1459 }
1460
1461 /*
1462  * hz tick scheduler clock for LWKT threads
1463  */
1464 void
1465 lwkt_schedulerclock(thread_t td)
1466 {
1467     globaldata_t gd = td->td_gd;
1468     thread_t xtd;
1469
1470     xtd = TAILQ_FIRST(&gd->gd_tdrunq);
1471     if (xtd == td) {
1472         /*
1473          * If the current thread is at the head of the runq shift it to the
1474          * end of any equal-priority threads and request a LWKT reschedule
1475          * if it moved.
1476          *
1477          * Ignore upri in this situation.  There will only be one user thread
1478          * in user mode, all others will be user threads running in kernel
1479          * mode and we have to make sure they get some cpu.
1480          */
1481         xtd = TAILQ_NEXT(td, td_threadq);
1482         if (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri) {
1483             TAILQ_REMOVE(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1484             while (xtd && xtd->td_pri == td->td_pri)
1485                 xtd = TAILQ_NEXT(xtd, td_threadq);
1486             if (xtd)
1487                 TAILQ_INSERT_BEFORE(xtd, td, td_threadq);
1488             else
1489                 TAILQ_INSERT_TAIL(&gd->gd_tdrunq, td, td_threadq);
1490             need_lwkt_resched();
1491         }
1492     } else if (xtd) {
1493         /*
1494          * If we scheduled a thread other than the one at the head of the
1495          * queue always request a reschedule every tick.
1496          */
1497         need_lwkt_resched();
1498     }
1499     /* else curthread probably the idle thread, no need to reschedule */
1500 }
1501
1502 /*
1503  * Migrate the current thread to the specified cpu. 
1504  *
1505  * This is accomplished by descheduling ourselves from the current cpu
1506  * and setting td_migrate_gd.  The lwkt_switch() code will detect that the
1507  * 'old' thread wants to migrate after it has been completely switched out
1508  * and will complete the migration.
1509  *
1510  * TDF_MIGRATING prevents scheduling races while the thread is being migrated.
1511  *
1512  * We must be sure to release our current process designation (if a user
1513  * process) before clearing out any tsleepq we are on because the release
1514  * code may re-add us.
1515  *
1516  * We must be sure to remove ourselves from the current cpu's tsleepq
1517  * before potentially moving to another queue.  The thread can be on
1518  * a tsleepq due to a left-over tsleep_interlock().
1519  */
1520
1521 void
1522 lwkt_setcpu_self(globaldata_t rgd)
1523 {
1524     thread_t td = curthread;
1525
1526     if (td->td_gd != rgd) {
1527         crit_enter_quick(td);
1528
1529         if (td->td_release)
1530             td->td_release(td);
1531         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1532             tsleep_remove(td);
1533
1534         /*
1535          * Set TDF_MIGRATING to prevent a spurious reschedule while we are
1536          * trying to deschedule ourselves and switch away, then deschedule
1537          * ourself, remove us from tdallq, and set td_migrate_gd.  Finally,
1538          * call lwkt_switch() to complete the operation.
1539          */
1540         td->td_flags |= TDF_MIGRATING;
1541         lwkt_deschedule_self(td);
1542         TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1543         td->td_migrate_gd = rgd;
1544         lwkt_switch();
1545
1546         /*
1547          * We are now on the target cpu
1548          */
1549         KKASSERT(rgd == mycpu);
1550         TAILQ_INSERT_TAIL(&rgd->gd_tdallq, td, td_allq);
1551         crit_exit_quick(td);
1552     }
1553 }
1554
1555 void
1556 lwkt_migratecpu(int cpuid)
1557 {
1558         globaldata_t rgd;
1559
1560         rgd = globaldata_find(cpuid);
1561         lwkt_setcpu_self(rgd);
1562 }
1563
1564 /*
1565  * Remote IPI for cpu migration (called while in a critical section so we
1566  * do not have to enter another one).
1567  *
1568  * The thread (td) has already been completely descheduled from the
1569  * originating cpu and we can simply assert the case.  The thread is
1570  * assigned to the new cpu and enqueued.
1571  *
1572  * The thread will re-add itself to tdallq when it resumes execution.
1573  */
1574 static void
1575 lwkt_setcpu_remote(void *arg)
1576 {
1577     thread_t td = arg;
1578     globaldata_t gd = mycpu;
1579
1580     KKASSERT((td->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1581     td->td_gd = gd;
1582     cpu_mfence();
1583     td->td_flags &= ~TDF_MIGRATING;
1584     KKASSERT(td->td_migrate_gd == NULL);
1585     KKASSERT(td->td_lwp == NULL ||
1586             (td->td_lwp->lwp_mpflags & LWP_MP_ONRUNQ) == 0);
1587     _lwkt_enqueue(td);
1588 }
1589
1590 struct lwp *
1591 lwkt_preempted_proc(void)
1592 {
1593     thread_t td = curthread;
1594     while (td->td_preempted)
1595         td = td->td_preempted;
1596     return(td->td_lwp);
1597 }
1598
1599 /*
1600  * Create a kernel process/thread/whatever.  It shares it's address space
1601  * with proc0 - ie: kernel only.
1602  *
1603  * If the cpu is not specified one will be selected.  In the future
1604  * specifying a cpu of -1 will enable kernel thread migration between
1605  * cpus.
1606  */
1607 int
1608 lwkt_create(void (*func)(void *), void *arg, struct thread **tdp,
1609             thread_t template, int tdflags, int cpu, const char *fmt, ...)
1610 {
1611     thread_t td;
1612     __va_list ap;
1613
1614     td = lwkt_alloc_thread(template, LWKT_THREAD_STACK, cpu,
1615                            tdflags);
1616     if (tdp)
1617         *tdp = td;
1618     cpu_set_thread_handler(td, lwkt_exit, func, arg);
1619
1620     /*
1621      * Set up arg0 for 'ps' etc
1622      */
1623     __va_start(ap, fmt);
1624     kvsnprintf(td->td_comm, sizeof(td->td_comm), fmt, ap);
1625     __va_end(ap);
1626
1627     /*
1628      * Schedule the thread to run
1629      */
1630     if (td->td_flags & TDF_NOSTART)
1631         td->td_flags &= ~TDF_NOSTART;
1632     else
1633         lwkt_schedule(td);
1634     return 0;
1635 }
1636
1637 /*
1638  * Destroy an LWKT thread.   Warning!  This function is not called when
1639  * a process exits, cpu_proc_exit() directly calls cpu_thread_exit() and
1640  * uses a different reaping mechanism.
1641  */
1642 void
1643 lwkt_exit(void)
1644 {
1645     thread_t td = curthread;
1646     thread_t std;
1647     globaldata_t gd;
1648
1649     /*
1650      * Do any cleanup that might block here
1651      */
1652     if (td->td_flags & TDF_VERBOSE)
1653         kprintf("kthread %p %s has exited\n", td, td->td_comm);
1654     biosched_done(td);
1655     dsched_exit_thread(td);
1656
1657     /*
1658      * Get us into a critical section to interlock gd_freetd and loop
1659      * until we can get it freed.
1660      *
1661      * We have to cache the current td in gd_freetd because objcache_put()ing
1662      * it would rip it out from under us while our thread is still active.
1663      *
1664      * We are the current thread so of course our own TDF_RUNNING bit will
1665      * be set, so unlike the lwp reap code we don't wait for it to clear.
1666      */
1667     gd = mycpu;
1668     crit_enter_quick(td);
1669     for (;;) {
1670         if (td->td_refs) {
1671             tsleep(td, 0, "tdreap", 1);
1672             continue;
1673         }
1674         if ((std = gd->gd_freetd) != NULL) {
1675             KKASSERT((std->td_flags & (TDF_RUNNING|TDF_PREEMPT_LOCK)) == 0);
1676             gd->gd_freetd = NULL;
1677             objcache_put(thread_cache, std);
1678             continue;
1679         }
1680         break;
1681     }
1682
1683     /*
1684      * Remove thread resources from kernel lists and deschedule us for
1685      * the last time.  We cannot block after this point or we may end
1686      * up with a stale td on the tsleepq.
1687      *
1688      * None of this may block, the critical section is the only thing
1689      * protecting tdallq and the only thing preventing new lwkt_hold()
1690      * thread refs now.
1691      */
1692     if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
1693         tsleep_remove(td);
1694     lwkt_deschedule_self(td);
1695     lwkt_remove_tdallq(td);
1696     KKASSERT(td->td_refs == 0);
1697
1698     /*
1699      * Final cleanup
1700      */
1701     KKASSERT(gd->gd_freetd == NULL);
1702     if (td->td_flags & TDF_ALLOCATED_THREAD)
1703         gd->gd_freetd = td;
1704     cpu_thread_exit();
1705 }
1706
1707 void
1708 lwkt_remove_tdallq(thread_t td)
1709 {
1710     KKASSERT(td->td_gd == mycpu);
1711     TAILQ_REMOVE(&td->td_gd->gd_tdallq, td, td_allq);
1712 }
1713
1714 /*
1715  * Code reduction and branch prediction improvements.  Call/return
1716  * overhead on modern cpus often degenerates into 0 cycles due to
1717  * the cpu's branch prediction hardware and return pc cache.  We
1718  * can take advantage of this by not inlining medium-complexity
1719  * functions and we can also reduce the branch prediction impact
1720  * by collapsing perfectly predictable branches into a single
1721  * procedure instead of duplicating it.
1722  *
1723  * Is any of this noticeable?  Probably not, so I'll take the
1724  * smaller code size.
1725  */
1726 void
1727 crit_exit_wrapper(__DEBUG_CRIT_ARG__)
1728 {
1729     _crit_exit(mycpu __DEBUG_CRIT_PASS_ARG__);
1730 }
1731
1732 void
1733 crit_panic(void)
1734 {
1735     thread_t td = curthread;
1736     int lcrit = td->td_critcount;
1737
1738     td->td_critcount = 0;
1739     cpu_ccfence();
1740     panic("td_critcount is/would-go negative! %p %d", td, lcrit);
1741     /* NOT REACHED */
1742 }
1743
1744 /*
1745  * Called from debugger/panic on cpus which have been stopped.  We must still
1746  * process the IPIQ while stopped.
1747  *
1748  * If we are dumping also try to process any pending interrupts.  This may
1749  * or may not work depending on the state of the cpu at the point it was
1750  * stopped.
1751  */
1752 void
1753 lwkt_smp_stopped(void)
1754 {
1755     globaldata_t gd = mycpu;
1756
1757     if (dumping) {
1758         lwkt_process_ipiq();
1759         --gd->gd_intr_nesting_level;
1760         splz();
1761         ++gd->gd_intr_nesting_level;
1762     } else {
1763         lwkt_process_ipiq();
1764     }
1765     cpu_smp_stopped();
1766 }