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 1.43 2005/06/06 15:02:27 dillon 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         int index;
 176
 177         /*
 178          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
 179          * a load fence is required to ensure that the data we read has
 180          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
 181          */
 182         index = basetime_index;
 183         cpu_lfence();
 184         bt = &basetime[index];
 185         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 186         return (error);
 187 }
 188
 189 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 190     &boottime, timespec, "System boottime");
 191 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 192     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 193
 194 static void hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 195 static void statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 196 static void schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame);
 197 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 198
 199 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 200 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 201 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 202 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 203
 204 /* NTPD time correction fields */
 205 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 206 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 207 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 208 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 209 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 210 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 211 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 212 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 213
 214 /*
 215  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 216  */
 217 /* ARGSUSED*/
 218 static void
 219 initclocks(void *dummy)
 220 {
 221         cpu_initclocks();
 222 #ifdef DEVICE_POLLING
 223         init_device_poll();
 224 #endif
 225         /*psratio = profhz / stathz;*/
 226         initclocks_pcpu();
 227         clocks_running = 1;
 228 }
 229
 230 /*
 231  * Called on a per-cpu basis
 232  */
 233 void
 234 initclocks_pcpu(void)
 235 {
 236         struct globaldata *gd = mycpu;
 237
 238         crit_enter();
 239         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 240             gd->gd_time_seconds = 1;
 241             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
 242         } else {
 243             /* XXX */
 244             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 245             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 246         }
 247
 248         /*
 249          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 250          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 251          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 252          * the actual sysclock, not the ticks count.
 253          */
 254         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 255         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 256         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 257         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 258                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 259         crit_exit();
 260 }
 261
 262 /*
 263  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 264  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 265  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 266  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 267  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 268  *
 269  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 270  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 271  */
 272 void
 273 set_timeofday(struct timespec *ts)
 274 {
 275         struct timespec *nbt;
 276         int ni;
 277
 278         /*
 279          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 280          */
 281         crit_enter();
 282         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 283         nbt = &basetime[ni];
 284         nanouptime(nbt);
 285         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 286         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 287         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 288             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 289             --nbt->tv_sec;
 290         }
 291
 292         /*
 293          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 294          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 295          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 296          * can simply assign boottime to basetime.
 297          *
 298          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 299          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 300          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 301          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 302          * into account in the basetime calculation above.
 303          */
 304         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 305         ntp_delta = 0;
 306
 307         /*
 308          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
 309          * then update the index.
 310          */
 311         cpu_sfence();
 312         basetime_index = ni;
 313
 314         crit_exit();
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 319  * on cpu #0.
 320  *
 321  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 322  * manipulate objects owned by the current cpu.
 323  */
 324 static void
 325 hardclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 326 {
 327         sysclock_t cputicks;
 328         struct proc *p;
 329         struct pstats *pstats;
 330         struct globaldata *gd = mycpu;
 331
 332         /*
 333          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 334          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 335          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 336          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 337          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 338          * stay in synch.
 339          *
 340          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 341          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 342          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 343          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 344          * timers count events, though everything should resynch again
 345          * immediately.
 346          */
 347         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 348         if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
 349                 ++gd->gd_time_seconds;
 350                 gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq;
 351         }
 352
 353         /*
 354          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 355          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 356          * by updating basetime.
 357          */
 358         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 359             struct timespec *nbt;
 360             struct timespec nts;
 361             int leap;
 362             int ni;
 363
 364             ++ticks;
 365
 366 #ifdef DEVICE_POLLING
 367             hardclock_device_poll();    /* mpsafe, short and quick */
 368 #endif /* DEVICE_POLLING */
 369
 370 #if 0
 371             if (tco->tc_poll_pps)
 372                 tco->tc_poll_pps(tco);
 373 #endif
 374
 375             /*
 376              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 377              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 378              * with the current basetime and then make adjustments.
 379              */
 380             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 381             nbt = &basetime[ni];
 382             *nbt = basetime[basetime_index];
 383
 384             /*
 385              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 386              *
 387              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 388              * sufficient to access these variables.
 389              */
 390             if (ntp_delta != 0) {
 391                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 392                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 393                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 394                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 395                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 396                 }
 397             }
 398
 399             /*
 400              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 401              */
 402             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 403                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 404                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 405                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 406                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 407                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 408                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 409                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 410                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 411                 }
 412             }
 413
 414             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 415                     nbt->tv_sec++;
 416                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 417             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 418                     nbt->tv_sec--;
 419                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 420             }
 421
 422             /*
 423              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 424              */
 425             if (nsec_adj != 0) {
 426                 nsec_acc += nsec_adj;
 427                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 428                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 429                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 430                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 431                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 432                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 433                 }
 434                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 435                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 436                     ++nbt->tv_sec;
 437                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 438                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 439                     --nbt->tv_sec;
 440                 }
 441             }
 442
 443             /************************************************************
 444              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 445              ************************************************************
 446              *
 447              * Taking into account all the corrections made above, figure
 448              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 449              * then apply any pending leap-second corrections.
 450              */
 451             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 452
 453             if (time_second != nts.tv_sec) {
 454                 /*
 455                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 456                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 457                  */
 458                 if (ntp_leap_second) {
 459                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 460                         if (ntp_leap_insert) {
 461                             nbt->tv_sec++;
 462                             nts.tv_sec++;
 463                         } else {
 464                             nbt->tv_sec--;
 465                             nts.tv_sec--;
 466                         }
 467                         ntp_leap_second--;
 468                     }
 469                 }
 470
 471                 /*
 472                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 473                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 474                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 475                  */
 476                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 477                 nsec_adj /= hz;
 478                 nbt->tv_sec += leap;
 479                 nts.tv_sec += leap;
 480
 481                 /*
 482                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 483                  */
 484                 time_second = nts.tv_sec;
 485             }
 486
 487             /*
 488              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 489              */
 490             cpu_sfence();
 491             basetime_index = ni;
 492         }
 493
 494         /*
 495          * softticks are handled for all cpus
 496          */
 497         hardclock_softtick(gd);
 498
 499         /*
 500          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.  I don't think psignal()
 501          * is mpsafe on curproc, so XXX get the mplock.
 502          */
 503         if ((p = curproc) != NULL && try_mplock()) {
 504                 pstats = p->p_stats;
 505                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 506                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 507                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 508                         psignal(p, SIGVTALRM);
 509                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 510                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 511                         psignal(p, SIGPROF);
 512                 rel_mplock();
 513         }
 514         setdelayed();
 515 }
 516
 517 /*
 518  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 519  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 520  *
 521  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 522  * manipulate objects owned by the current cpu.
 523  *
 524  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 525  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 526  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 527  * p->p_estcpu.
 528  *
 529  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 530  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 531  * interrupted.
 532  */
 533 static void
 534 statclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 535 {
 536 #ifdef GPROF
 537         struct gmonparam *g;
 538         int i;
 539 #endif
 540         thread_t td;
 541         struct proc *p;
 542         int bump;
 543         struct timeval tv;
 544         struct timeval *stv;
 545
 546         /*
 547          * How big was our timeslice relative to the last time?
 548          */
 549         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 550         stv = &mycpu->gd_stattv;
 551         if (stv->tv_sec == 0) {
 552             bump = 1;
 553         } else {
 554             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 555                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 556             if (bump < 0)
 557                 bump = 0;
 558             if (bump > 1000000)
 559                 bump = 1000000;
 560         }
 561         *stv = tv;
 562
 563         td = curthread;
 564         p = td->td_proc;
 565
 566         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 567                 /*
 568                  * Came from userland, handle user time and deal with
 569                  * possible process.
 570                  */
 571                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 572                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 573                 td->td_uticks += bump;
 574
 575                 /*
 576                  * Charge the time as appropriate
 577                  */
 578                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 579                         cpu_time.cp_nice += bump;
 580                 else
 581                         cpu_time.cp_user += bump;
 582         } else {
 583 #ifdef GPROF
 584                 /*
 585                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 586                  */
 587                 g = &_gmonparam;
 588                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 589                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 590                         if (i < g->textsize) {
 591                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 592                                 g->kcount[i]++;
 593                         }
 594                 }
 595 #endif
 596                 /*
 597                  * Came from kernel mode, so we were:
 598                  * - handling an interrupt,
 599                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 600                  *   user process, or
 601                  * - spinning in the idle loop.
 602                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 603                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 604                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 605                  * so that we know how much of its real time was spent
 606                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 607                  *
 608                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 609                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
 610                  */
 611                 if (frame && CLKF_INTR(frame))
 612                         td->td_iticks += bump;
 613                 else
 614                         td->td_sticks += bump;
 615
 616                 if (frame && CLKF_INTR(frame)) {
 617                         cpu_time.cp_intr += bump;
 618                 } else {
 619                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 620                                 cpu_time.cp_idle += bump;
 621                         else
 622                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 623                 }
 624         }
 625 }
 626
 627 /*
 628  * The scheduler clock typically runs at a 20Hz rate.  NOTE! systimer,
 629  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 630  * but that's about it.
 631  */
 632 static void
 633 schedclock(systimer_t info, struct intrframe *frame)
 634 {
 635         struct proc *p;
 636         struct pstats *pstats;
 637         struct rusage *ru;
 638         struct vmspace *vm;
 639         long rss;
 640
 641         schedulerclock(NULL);   /* mpsafe */
 642         if ((p = curproc) != NULL) {
 643                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 644                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 645                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 646                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 647                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 648                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 649                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 650                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 651                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 652                                 ru->ru_maxrss = rss;
 653                 }
 654         }
 655 }
 656
 657 /*
 658  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 659  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 660  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 661  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 662  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 663  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 664  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 665  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 666  *
 667  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 668  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 669  * the unsigned long maximum.
 670  *
 671  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 672  * 10ms ticks is 248 days.
 673  */
 674 int
 675 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 676 {
 677         int ticks;
 678         long sec, usec;
 679
 680         sec = tv->tv_sec;
 681         usec = tv->tv_usec;
 682         if (usec < 0) {
 683                 sec--;
 684                 usec += 1000000;
 685         }
 686         if (sec < 0) {
 687 #ifdef DIAGNOSTIC
 688                 if (usec > 0) {
 689                         sec++;
 690                         usec -= 1000000;
 691                 }
 692                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 693                        sec, usec);
 694 #endif
 695                 ticks = 1;
 696         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 697                 ticks = (int)(sec * hz +
 698                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 699         } else {
 700                 ticks = INT_MAX;
 701         }
 702         return (ticks);
 703 }
 704
 705 /*
 706  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 707  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 708  * of ticks will not result in a late return.
 709  *
 710  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 711  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 712  * 1 tick.
 713  *
 714  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 715  * 10ms ticks is 248 days.
 716  */
 717 int
 718 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 719 {
 720         int ticks;
 721         long sec;
 722
 723         sec = tv->tv_sec;
 724         if (sec <= INT_MAX / hz)
 725                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 726         else
 727                 ticks = INT_MAX;
 728         return (ticks);
 729 }
 730
 731
 732 /*
 733  * Start profiling on a process.
 734  *
 735  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 736  * keeps the profile clock running constantly.
 737  */
 738 void
 739 startprofclock(struct proc *p)
 740 {
 741         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 742                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 743 #if 0   /* XXX */
 744                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 745                         crit_enter();
 746                         psdiv = psratio;
 747                         setstatclockrate(profhz);
 748                         crit_exit();
 749                 }
 750 #endif
 751         }
 752 }
 753
 754 /*
 755  * Stop profiling on a process.
 756  */
 757 void
 758 stopprofclock(struct proc *p)
 759 {
 760         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 761                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 762 #if 0   /* XXX */
 763                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 764                         crit_enter();
 765                         psdiv = 1;
 766                         setstatclockrate(stathz);
 767                         crit_exit();
 768                 }
 769 #endif
 770         }
 771 }
 772
 773 /*
 774  * Return information about system clocks.
 775  */
 776 static int
 777 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 778 {
 779         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 780         /*
 781          * Construct clockinfo structure.
 782          */
 783         clkinfo.ci_hz = hz;
 784         clkinfo.ci_tick = tick;
 785         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 786         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 787         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 788         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 789 }
 790
 791 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 792         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 793
 794 /*
 795  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 796  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 797  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 798  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 799  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 800  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 801  * time relative to system boot, these are well suited for time
 802  * interval measurements.
 803  *
 804  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 805  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 806  * check on the seconds field changing out from under us.
 807  *
 808  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
 809  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
 810  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
 811  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
 812  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
 813  */
 814 void
 815 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 816 {
 817         struct globaldata *gd = mycpu;
 818         sysclock_t delta;
 819
 820         do {
 821                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 822                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 823         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 824
 825         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 826                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 827                 delta %= sys_cputimer->freq;
 828         }
 829         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 830         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 831                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 832                 ++tvp->tv_sec;
 833         }
 834 }
 835
 836 void
 837 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 838 {
 839         struct globaldata *gd = mycpu;
 840         sysclock_t delta;
 841
 842         do {
 843                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 844                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 845         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 846
 847         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 848                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 849                 delta %= sys_cputimer->freq;
 850         }
 851         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 852 }
 853
 854 void
 855 microuptime(struct timeval *tvp)
 856 {
 857         struct globaldata *gd = mycpu;
 858         sysclock_t delta;
 859
 860         do {
 861                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 862                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 863         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 864
 865         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 866                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 867                 delta %= sys_cputimer->freq;
 868         }
 869         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 870 }
 871
 872 void
 873 nanouptime(struct timespec *tsp)
 874 {
 875         struct globaldata *gd = mycpu;
 876         sysclock_t delta;
 877
 878         do {
 879                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 880                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 881         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 882
 883         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 884                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 885                 delta %= sys_cputimer->freq;
 886         }
 887         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 888 }
 889
 890 /*
 891  * realtime routines
 892  */
 893
 894 void
 895 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 896 {
 897         struct globaldata *gd = mycpu;
 898         struct timespec *bt;
 899         sysclock_t delta;
 900
 901         do {
 902                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 903                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 904         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 905
 906         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 907                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 908                 delta %= sys_cputimer->freq;
 909         }
 910         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 911
 912         bt = &basetime[basetime_index];
 913         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 914         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 915         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 916                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 917                 ++tvp->tv_sec;
 918         }
 919 }
 920
 921 void
 922 getnanotime(struct timespec *tsp)
 923 {
 924         struct globaldata *gd = mycpu;
 925         struct timespec *bt;
 926         sysclock_t delta;
 927
 928         do {
 929                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 930                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 931         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 932
 933         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 934                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 935                 delta %= sys_cputimer->freq;
 936         }
 937         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 938
 939         bt = &basetime[basetime_index];
 940         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
 941         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
 942         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 943                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 944                 ++tsp->tv_sec;
 945         }
 946 }
 947
 948 static void
 949 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
 950 {
 951         struct globaldata *gd = mycpu;
 952         sysclock_t delta;
 953
 954         do {
 955                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 956                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
 957         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 958
 959         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 960                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 961                 delta %= sys_cputimer->freq;
 962         }
 963         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
 964
 965         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
 966         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
 967         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
 968                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
 969                 ++tsp->tv_sec;
 970         }
 971 }
 972
 973
 974 void
 975 microtime(struct timeval *tvp)
 976 {
 977         struct globaldata *gd = mycpu;
 978         struct timespec *bt;
 979         sysclock_t delta;
 980
 981         do {
 982                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
 983                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
 984         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
 985
 986         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
 987                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
 988                 delta %= sys_cputimer->freq;
 989         }
 990         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
 991
 992         bt = &basetime[basetime_index];
 993         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
 994         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
 995         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
 996                 tvp->tv_usec -= 1000000;
 997                 ++tvp->tv_sec;
 998         }
 999 }
1000
1001 void
1002 nanotime(struct timespec *tsp)
1003 {
1004         struct globaldata *gd = mycpu;
1005         struct timespec *bt;
1006         sysclock_t delta;
1007
1008         do {
1009                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1010                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1011         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1012
1013         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1014                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1015                 delta %= sys_cputimer->freq;
1016         }
1017         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1018
1019         bt = &basetime[basetime_index];
1020         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1021         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1022         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1023                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1024                 ++tsp->tv_sec;
1025         }
1026 }
1027
1028 /*
1029  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1030  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1031  */
1032 time_t
1033 get_approximate_time_t(void)
1034 {
1035         struct globaldata *gd = mycpu;
1036         struct timespec *bt;
1037
1038         bt = &basetime[basetime_index];
1039         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1040 }
1041
1042 int
1043 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1044 {
1045         pps_params_t *app;
1046         struct pps_fetch_args *fapi;
1047 #ifdef PPS_SYNC
1048         struct pps_kcbind_args *kapi;
1049 #endif
1050
1051         switch (cmd) {
1052         case PPS_IOC_CREATE:
1053                 return (0);
1054         case PPS_IOC_DESTROY:
1055                 return (0);
1056         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1057                 app = (pps_params_t *)data;
1058                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1059                         return (EINVAL);
1060                 pps->ppsparam = *app;
1061                 return (0);
1062         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1063                 app = (pps_params_t *)data;
1064                 *app = pps->ppsparam;
1065                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1066                 return (0);
1067         case PPS_IOC_GETCAP:
1068                 *(int*)data = pps->ppscap;
1069                 return (0);
1070         case PPS_IOC_FETCH:
1071                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1072                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1073                         return (EINVAL);
1074                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1075                         return (EOPNOTSUPP);
1076                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1077                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1078                 return (0);
1079         case PPS_IOC_KCBIND:
1080 #ifdef PPS_SYNC
1081                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1082                 /* XXX Only root should be able to do this */
1083                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1084                         return (EINVAL);
1085                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1086                         return (EINVAL);
1087                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1088                         return (EINVAL);
1089                 pps->kcmode = kapi->edge;
1090                 return (0);
1091 #else
1092                 return (EOPNOTSUPP);
1093 #endif
1094         default:
1095                 return (ENOTTY);
1096         }
1097 }
1098
1099 void
1100 pps_init(struct pps_state *pps)
1101 {
1102         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1103         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1104                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1105         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1106                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1107 }
1108
1109 void
1110 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1111 {
1112         struct globaldata *gd;
1113         struct timespec *tsp;
1114         struct timespec *osp;
1115         struct timespec *bt;
1116         struct timespec ts;
1117         sysclock_t *pcount;
1118 #ifdef PPS_SYNC
1119         sysclock_t tcount;
1120 #endif
1121         sysclock_t delta;
1122         pps_seq_t *pseq;
1123         int foff;
1124         int fhard;
1125
1126         gd = mycpu;
1127
1128         /* Things would be easier with arrays... */
1129         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1130                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1131                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1132                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1133                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1134                 pcount = &pps->ppscount[0];
1135                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1136         } else {
1137                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1138                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1139                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1140                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1141                 pcount = &pps->ppscount[1];
1142                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1143         }
1144
1145         /* Nothing really happened */
1146         if (*pcount == count)
1147                 return;
1148
1149         *pcount = count;
1150
1151         do {
1152                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1153                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1154         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1155
1156         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1157                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1158                 delta %= sys_cputimer->freq;
1159         }
1160         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1161         bt = &basetime[basetime_index];
1162         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1163         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1164         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1165                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1166                 ++ts.tv_sec;
1167         }
1168
1169         (*pseq)++;
1170         *tsp = ts;
1171
1172         if (foff) {
1173                 timespecadd(tsp, osp);
1174                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1175                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1176                         tsp->tv_sec -= 1;
1177                 }
1178         }
1179 #ifdef PPS_SYNC
1180         if (fhard) {
1181                 /* magic, at its best... */
1182                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1183                 pps->ppscount[2] = count;
1184                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1185                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1186                                  sys_cputimer->freq64_nsec *
1187                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1188                 } else {
1189                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1190                 }
1191                 hardpps(tsp, delta);
1192         }
1193 #endif
1194 }
1195