sys/kern/kern_poll.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2001-2002 Luigi Rizzo
   3  *
   4  * Supported by: the Xorp Project (www.xorp.org)
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHORS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  *
  27  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_poll.c,v 1.2.2.4 2002/06/27 23:26:33 luigi Exp $
  28  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_poll.c,v 1.18 2005/06/06 15:02:28 dillon Exp $
  29  */
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <sys/systm.h>
  33 #include <sys/kernel.h>
  34 #include <sys/socket.h>                 /* needed by net/if.h           */
  35 #include <sys/sysctl.h>
  36
  37 #include <sys/thread2.h>
  38 #include <sys/msgport2.h>
  39
  40 #include <i386/include/md_var.h>        /* for vm_page_zero_idle()      */
  41 #include <net/if.h>                     /* for IFF_* flags              */
  42 #include <net/netisr.h>                 /* for NETISR_POLL              */
  43
  44 /* the two netisr handlers */
  45 static int netisr_poll(struct netmsg *);
  46 static int netisr_pollmore(struct netmsg *);
  47
  48 void init_device_poll(void);            /* init routine                 */
  49 void hardclock_device_poll(void);       /* hook from hardclock          */
  50
  51 /*
  52  * Polling support for [network] device drivers.
  53  *
  54  * Drivers which support this feature try to register with the
  55  * polling code.
  56  *
  57  * If registration is successful, the driver must disable interrupts,
  58  * and further I/O is performed through the handler, which is invoked
  59  * (at least once per clock tick) with 3 arguments: the "arg" passed at
  60  * register time (a struct ifnet pointer), a command, and a "count" limit.
  61  *
  62  * The command can be one of the following:
  63  *  POLL_ONLY: quick move of "count" packets from input/output queues.
  64  *  POLL_AND_CHECK_STATUS: as above, plus check status registers or do
  65  *      other more expensive operations. This command is issued periodically
  66  *      but less frequently than POLL_ONLY.
  67  *  POLL_DEREGISTER: deregister and return to interrupt mode.
  68  *  POLL_REGISTER: register and disable interrupts
  69  *
  70  * The first two commands are only issued if the interface is marked as
  71  * 'IFF_UP and IFF_RUNNING', the last one only if IFF_RUNNING is set.
  72  *
  73  * The count limit specifies how much work the handler can do during the
  74  * call -- typically this is the number of packets to be received, or
  75  * transmitted, etc. (drivers are free to interpret this number, as long
  76  * as the max time spent in the function grows roughly linearly with the
  77  * count).
  78  *
  79  * Deregistration can be requested by the driver itself (typically in the
  80  * *_stop() routine), or by the polling code, by invoking the handler.
  81  *
  82  * Polling can be globally enabled or disabled with the sysctl variable
  83  * kern.polling.enable (default is 0, disabled)
  84  *
  85  * A second variable controls the sharing of CPU between polling/kernel
  86  * network processing, and other activities (typically userlevel tasks):
  87  * kern.polling.user_frac (between 0 and 100, default 50) sets the share
  88  * of CPU allocated to user tasks. CPU is allocated proportionally to the
  89  * shares, by dynamically adjusting the "count" (poll_burst).
  90  *
  91  * Other parameters can should be left to their default values.
  92  * The following constraints hold
  93  *
  94  *      1 <= poll_each_burst <= poll_burst <= poll_burst_max
  95  *      MIN_POLL_BURST_MAX <= poll_burst_max <= MAX_POLL_BURST_MAX
  96  */
  97
  98 #define MIN_POLL_BURST_MAX      10
  99 #define MAX_POLL_BURST_MAX      1000
 100
 101 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, polling, CTLFLAG_RW, 0,
 102         "Device polling parameters");
 103
 104 static u_int32_t poll_burst = 5;
 105 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, burst, CTLFLAG_RW,
 106         &poll_burst, 0, "Current polling burst size");
 107
 108 static u_int32_t poll_each_burst = 5;
 109 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, each_burst, CTLFLAG_RW,
 110         &poll_each_burst, 0, "Max size of each burst");
 111
 112 static u_int32_t poll_burst_max = 150;  /* good for 100Mbit net and HZ=1000 */
 113 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, burst_max, CTLFLAG_RW,
 114         &poll_burst_max, 0, "Max Polling burst size");
 115
 116 static u_int32_t user_frac = 50;
 117 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, user_frac, CTLFLAG_RW,
 118         &user_frac, 0, "Desired user fraction of cpu time");
 119
 120 static u_int32_t reg_frac = 20 ;
 121 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, reg_frac, CTLFLAG_RW,
 122         &reg_frac, 0, "Every this many cycles poll register");
 123
 124 static u_int32_t short_ticks;
 125 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, short_ticks, CTLFLAG_RW,
 126         &short_ticks, 0, "Hardclock ticks shorter than they should be");
 127
 128 static u_int32_t lost_polls;
 129 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, lost_polls, CTLFLAG_RW,
 130         &lost_polls, 0, "How many times we would have lost a poll tick");
 131
 132 static u_int32_t pending_polls;
 133 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, pending_polls, CTLFLAG_RW,
 134         &pending_polls, 0, "Do we need to poll again");
 135
 136 static int residual_burst = 0;
 137 SYSCTL_INT(_kern_polling, OID_AUTO, residual_burst, CTLFLAG_RW,
 138         &residual_burst, 0, "# of residual cycles in burst");
 139
 140 static u_int32_t poll_handlers; /* next free entry in pr[]. */
 141 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, handlers, CTLFLAG_RD,
 142         &poll_handlers, 0, "Number of registered poll handlers");
 143
 144 static int polling = 0;         /* global polling enable */
 145 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, enable, CTLFLAG_RW,
 146         &polling, 0, "Polling enabled");
 147
 148 static u_int32_t phase;
 149 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, phase, CTLFLAG_RW,
 150         &phase, 0, "Polling phase");
 151
 152 static u_int32_t suspect;
 153 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, suspect, CTLFLAG_RW,
 154         &suspect, 0, "suspect event");
 155
 156 static u_int32_t stalled;
 157 SYSCTL_UINT(_kern_polling, OID_AUTO, stalled, CTLFLAG_RW,
 158         &stalled, 0, "potential stalls");
 159
 160
 161 #define POLL_LIST_LEN  128
 162 struct pollrec {
 163         struct ifnet    *ifp;
 164 };
 165
 166 static struct pollrec pr[POLL_LIST_LEN];
 167
 168 /*
 169  * register relevant netisr. Called from kern_clock.c:
 170  */
 171 void
 172 init_device_poll(void)
 173 {
 174         netisr_register(NETISR_POLL, cpu0_portfn, netisr_poll);
 175         netisr_register(NETISR_POLLMORE, cpu0_portfn, netisr_pollmore);
 176 }
 177
 178 /*
 179  * Hook from hardclock. Tries to schedule a netisr, but keeps track
 180  * of lost ticks due to the previous handler taking too long.
 181  * Normally, this should not happen, because polling handler should
 182  * run for a short time. However, in some cases (e.g. when there are
 183  * changes in link status etc.) the drivers take a very long time
 184  * (even in the order of milliseconds) to reset and reconfigure the
 185  * device, causing apparent lost polls.
 186  *
 187  * The first part of the code is just for debugging purposes, and tries
 188  * to count how often hardclock ticks are shorter than they should,
 189  * meaning either stray interrupts or delayed events.
 190  *
 191  * WARNING! called from fastint or IPI, the MP lock might not be held.
 192  */
 193 void
 194 hardclock_device_poll(void)
 195 {
 196         static struct timeval prev_t, t;
 197         int delta;
 198
 199         if (poll_handlers == 0)
 200                 return;
 201
 202         microuptime(&t);
 203         delta = (t.tv_usec - prev_t.tv_usec) +
 204                 (t.tv_sec - prev_t.tv_sec)*1000000;
 205         if (delta * hz < 500000)
 206                 short_ticks++;
 207         else
 208                 prev_t = t;
 209
 210         if (pending_polls > 100) {
 211                 /*
 212                  * Too much, assume it has stalled (not always true
 213                  * see comment above).
 214                  */
 215                 stalled++;
 216                 pending_polls = 0;
 217                 phase = 0;
 218         }
 219
 220         if (phase <= 2) {
 221                 if (phase != 0)
 222                         suspect++;
 223                 phase = 1;
 224                 schednetisr(NETISR_POLL);
 225                 phase = 2;
 226         }
 227         if (pending_polls++ > 0)
 228                 lost_polls++;
 229 }
 230
 231 /*
 232  * netisr_pollmore is called after other netisr's, possibly scheduling
 233  * another NETISR_POLL call, or adapting the burst size for the next cycle.
 234  *
 235  * It is very bad to fetch large bursts of packets from a single card at once,
 236  * because the burst could take a long time to be completely processed, or
 237  * could saturate the intermediate queue (ipintrq or similar) leading to
 238  * losses or unfairness. To reduce the problem, and also to account better for
 239  * time spent in network-related processing, we split the burst in smaller
 240  * chunks of fixed size, giving control to the other netisr's between chunks.
 241  * This helps in improving the fairness, reducing livelock (because we
 242  * emulate more closely the "process to completion" that we have with
 243  * fastforwarding) and accounting for the work performed in low level
 244  * handling and forwarding.
 245  */
 246
 247 static struct timeval poll_start_t;
 248
 249 /* ARGSUSED */
 250 static int
 251 netisr_pollmore(struct netmsg *msg)
 252 {
 253         struct timeval t;
 254         int kern_load;
 255
 256         crit_enter();
 257         lwkt_replymsg(&msg->nm_lmsg, 0);
 258         phase = 5;
 259         if (residual_burst > 0) {
 260                 schednetisr(NETISR_POLL);
 261                 /* will run immediately on return, followed by netisrs */
 262                 goto out;
 263         }
 264         /* here we can account time spent in netisr's in this tick */
 265         microuptime(&t);
 266         kern_load = (t.tv_usec - poll_start_t.tv_usec) +
 267                 (t.tv_sec - poll_start_t.tv_sec)*1000000;       /* us */
 268         kern_load = (kern_load * hz) / 10000;                   /* 0..100 */
 269         if (kern_load > (100 - user_frac)) { /* try decrease ticks */
 270                 if (poll_burst > 1)
 271                         poll_burst--;
 272         } else {
 273                 if (poll_burst < poll_burst_max)
 274                         poll_burst++;
 275         }
 276
 277         pending_polls--;
 278         if (pending_polls == 0) {       /* we are done */
 279                 phase = 0;
 280         } else {
 281                 /*
 282                  * Last cycle was long and caused us to miss one or more
 283                  * hardclock ticks. Restart processing again, but slightly
 284                  * reduce the burst size to prevent that this happens again.
 285                  */
 286                 poll_burst -= (poll_burst / 8);
 287                 if (poll_burst < 1)
 288                         poll_burst = 1;
 289                 schednetisr(NETISR_POLL);
 290                 phase = 6;
 291         }
 292 out:
 293         crit_exit();
 294         return(EASYNC);
 295 }
 296
 297 /*
 298  * netisr_poll is scheduled by schednetisr when appropriate, typically once
 299  * per tick.
 300  *
 301  * Note that the message is replied immediately in order to allow a new
 302  * ISR to be scheduled in the handler.
 303  *
 304  * XXX each registration should indicate whether it needs a critical
 305  * section to operate.
 306  */
 307 /* ARGSUSED */
 308 static int
 309 netisr_poll(struct netmsg *msg)
 310 {
 311         static int reg_frac_count;
 312         int i, cycles;
 313         enum poll_cmd arg = POLL_ONLY;
 314
 315         lwkt_replymsg(&msg->nm_lmsg, 0);
 316         crit_enter();
 317         phase = 3;
 318         if (residual_burst == 0) { /* first call in this tick */
 319                 microuptime(&poll_start_t);
 320                 /*
 321                  * Check that paremeters are consistent with runtime
 322                  * variables. Some of these tests could be done at sysctl
 323                  * time, but the savings would be very limited because we
 324                  * still have to check against reg_frac_count and
 325                  * poll_each_burst. So, instead of writing separate sysctl
 326                  * handlers, we do all here.
 327                  */
 328
 329                 if (reg_frac > hz)
 330                         reg_frac = hz;
 331                 else if (reg_frac < 1)
 332                         reg_frac = 1;
 333                 if (reg_frac_count > reg_frac)
 334                         reg_frac_count = reg_frac - 1;
 335                 if (reg_frac_count-- == 0) {
 336                         arg = POLL_AND_CHECK_STATUS;
 337                         reg_frac_count = reg_frac - 1;
 338                 }
 339                 if (poll_burst_max < MIN_POLL_BURST_MAX)
 340                         poll_burst_max = MIN_POLL_BURST_MAX;
 341                 else if (poll_burst_max > MAX_POLL_BURST_MAX)
 342                         poll_burst_max = MAX_POLL_BURST_MAX;
 343
 344                 if (poll_each_burst < 1)
 345                         poll_each_burst = 1;
 346                 else if (poll_each_burst > poll_burst_max)
 347                         poll_each_burst = poll_burst_max;
 348
 349                 residual_burst = poll_burst;
 350         }
 351         cycles = (residual_burst < poll_each_burst) ?
 352                 residual_burst : poll_each_burst;
 353         residual_burst -= cycles;
 354
 355         if (polling) {
 356                 for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++) {
 357                         struct pollrec *p = &pr[i];
 358                         if ((p->ifp->if_flags & (IFF_UP|IFF_RUNNING|IFF_POLLING)) == (IFF_UP|IFF_RUNNING|IFF_POLLING)) {
 359                                 p->ifp->if_poll(p->ifp, arg, cycles);
 360                         }
 361                 }
 362         } else {        /* unregister */
 363                 for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++) {
 364                         struct pollrec *p = &pr[i];
 365                         if (p->ifp->if_flags & IFF_POLLING) {
 366                                 p->ifp->if_flags &= ~IFF_POLLING;
 367                                 /*
 368                                  * Only call the interface deregistration
 369                                  * function if the interface is still
 370                                  * running.
 371                                  */
 372                                 if (p->ifp->if_flags & IFF_RUNNING)
 373                                         p->ifp->if_poll(p->ifp, POLL_DEREGISTER, 1);
 374                         }
 375                 }
 376                 residual_burst = 0;
 377                 poll_handlers = 0;
 378         }
 379         schednetisr(NETISR_POLLMORE);
 380         phase = 4;
 381         crit_exit();
 382         return(EASYNC);
 383 }
 384
 385 /*
 386  * Try to register routine for polling. Returns 1 if successful
 387  * (and polling should be enabled), 0 otherwise.
 388  *
 389  * Called from mainline code only, not called from an interrupt.
 390  */
 391 int
 392 ether_poll_register(struct ifnet *ifp)
 393 {
 394         int rc;
 395
 396         if (polling == 0) /* polling disabled, cannot register */
 397                 return 0;
 398         if ((ifp->if_flags & IFF_UP) == 0)      /* must be up           */
 399                 return 0;
 400         if (ifp->if_flags & IFF_POLLING)        /* already polling      */
 401                 return 0;
 402         if (ifp->if_poll == NULL)               /* no polling support   */
 403                 return 0;
 404
 405         /*
 406          * Attempt to register.  Interlock with IFF_POLLING.
 407          */
 408         crit_enter();   /* XXX MP - not mp safe */
 409         ifp->if_flags |= IFF_POLLING;
 410         ifp->if_poll(ifp, POLL_REGISTER, 0);
 411         if ((ifp->if_flags & IFF_POLLING) == 0) {
 412                 crit_exit();
 413                 return 0;
 414         }
 415
 416         /*
 417          * Check if there is room.  If there isn't, deregister.
 418          */
 419         if (poll_handlers >= POLL_LIST_LEN) {
 420                 /*
 421                  * List full, cannot register more entries.
 422                  * This should never happen; if it does, it is probably a
 423                  * broken driver trying to register multiple times. Checking
 424                  * this at runtime is expensive, and won't solve the problem
 425                  * anyways, so just report a few times and then give up.
 426                  */
 427                 static int verbose = 10 ;
 428                 if (verbose >0) {
 429                         printf("poll handlers list full, "
 430                                 "maybe a broken driver ?\n");
 431                         verbose--;
 432                 }
 433                 ifp->if_flags &= ~IFF_POLLING;
 434                 ifp->if_poll(ifp, POLL_DEREGISTER, 0);
 435                 rc = 0;
 436         } else {
 437                 pr[poll_handlers].ifp = ifp;
 438                 poll_handlers++;
 439                 rc = 1;
 440         }
 441         crit_exit();
 442         return (rc);
 443 }
 444
 445 /*
 446  * Remove interface from the polling list.  Occurs when polling is turned
 447  * off.  Called from mainline code only, not called from an interrupt.
 448  */
 449 int
 450 ether_poll_deregister(struct ifnet *ifp)
 451 {
 452         int i;
 453
 454         crit_enter();
 455         if (ifp == NULL || (ifp->if_flags & IFF_POLLING) == 0) {
 456                 crit_exit();
 457                 return 0;
 458         }
 459         for (i = 0 ; i < poll_handlers ; i++) {
 460                 if (pr[i].ifp == ifp) /* found it */
 461                         break;
 462         }
 463         ifp->if_flags &= ~IFF_POLLING; /* found or not... */
 464         if (i == poll_handlers) {
 465                 crit_exit();
 466                 printf("ether_poll_deregister: ifp not found!!!\n");
 467                 return 0;
 468         }
 469         poll_handlers--;
 470         if (i < poll_handlers) { /* Last entry replaces this one. */
 471                 pr[i].ifp = pr[poll_handlers].ifp;
 472         }
 473         crit_exit();
 474
 475         /*
 476          * Only call the deregistration function if the interface is still
 477          * in a run state.
 478          */
 479         if (ifp->if_flags & IFF_RUNNING)
 480                 ifp->if_poll(ifp, POLL_DEREGISTER, 1);
 481         return (1);
 482 }
 483
 484 void
 485 emergency_poll_enable(const char *name)
 486 {
 487         if (polling == 0) {
 488                 polling = 1;
 489                 printf("%s forced polling on\n", name);
 490         }
 491 }