Merge branch 'vendor/BIND' into bind_vendor2
[dragonfly.git] / sys / kern / usched_bsd4.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1999 Peter Wemm <peter@FreeBSD.org>
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
24  * SUCH DAMAGE.
25  *
26  * $DragonFly: src/sys/kern/usched_bsd4.c,v 1.26 2008/11/01 23:31:19 dillon Exp $
27  */
28
29 #include <sys/param.h>
30 #include <sys/systm.h>
31 #include <sys/kernel.h>
32 #include <sys/lock.h>
33 #include <sys/queue.h>
34 #include <sys/proc.h>
35 #include <sys/rtprio.h>
36 #include <sys/uio.h>
37 #include <sys/sysctl.h>
38 #include <sys/resourcevar.h>
39 #include <sys/spinlock.h>
40 #include <machine/cpu.h>
41 #include <machine/smp.h>
42
43 #include <sys/thread2.h>
44 #include <sys/spinlock2.h>
45
46 /*
47  * Priorities.  Note that with 32 run queues per scheduler each queue
48  * represents four priority levels.
49  */
50
51 #define MAXPRI                  128
52 #define PRIMASK                 (MAXPRI - 1)
53 #define PRIBASE_REALTIME        0
54 #define PRIBASE_NORMAL          MAXPRI
55 #define PRIBASE_IDLE            (MAXPRI * 2)
56 #define PRIBASE_THREAD          (MAXPRI * 3)
57 #define PRIBASE_NULL            (MAXPRI * 4)
58
59 #define NQS     32                      /* 32 run queues. */
60 #define PPQ     (MAXPRI / NQS)          /* priorities per queue */
61 #define PPQMASK (PPQ - 1)
62
63 /*
64  * NICEPPQ      - number of nice units per priority queue
65  * ESTCPURAMP   - number of scheduler ticks for estcpu to switch queues
66  *
67  * ESTCPUPPQ    - number of estcpu units per priority queue
68  * ESTCPUMAX    - number of estcpu units
69  * ESTCPUINCR   - amount we have to increment p_estcpu per scheduling tick at
70  *                100% cpu.
71  */
72 #define NICEPPQ         2
73 #define ESTCPURAMP      4
74 #define ESTCPUPPQ       512
75 #define ESTCPUMAX       (ESTCPUPPQ * NQS)
76 #define ESTCPUINCR      (ESTCPUPPQ / ESTCPURAMP)
77 #define PRIO_RANGE      (PRIO_MAX - PRIO_MIN + 1)
78
79 #define ESTCPULIM(v)    min((v), ESTCPUMAX)
80
81 TAILQ_HEAD(rq, lwp);
82
83 #define lwp_priority    lwp_usdata.bsd4.priority
84 #define lwp_rqindex     lwp_usdata.bsd4.rqindex
85 #define lwp_origcpu     lwp_usdata.bsd4.origcpu
86 #define lwp_estcpu      lwp_usdata.bsd4.estcpu
87 #define lwp_rqtype      lwp_usdata.bsd4.rqtype
88
89 static void bsd4_acquire_curproc(struct lwp *lp);
90 static void bsd4_release_curproc(struct lwp *lp);
91 static void bsd4_select_curproc(globaldata_t gd);
92 static void bsd4_setrunqueue(struct lwp *lp);
93 static void bsd4_schedulerclock(struct lwp *lp, sysclock_t period,
94                                 sysclock_t cpstamp);
95 static void bsd4_recalculate_estcpu(struct lwp *lp);
96 static void bsd4_resetpriority(struct lwp *lp);
97 static void bsd4_forking(struct lwp *plp, struct lwp *lp);
98 static void bsd4_exiting(struct lwp *plp, struct lwp *lp);
99 static void bsd4_yield(struct lwp *lp);
100
101 #ifdef SMP
102 static void need_user_resched_remote(void *dummy);
103 #endif
104 static struct lwp *chooseproc_locked(struct lwp *chklp);
105 static void bsd4_remrunqueue_locked(struct lwp *lp);
106 static void bsd4_setrunqueue_locked(struct lwp *lp);
107
108 struct usched usched_bsd4 = {
109         { NULL },
110         "bsd4", "Original DragonFly Scheduler",
111         NULL,                   /* default registration */
112         NULL,                   /* default deregistration */
113         bsd4_acquire_curproc,
114         bsd4_release_curproc,
115         bsd4_setrunqueue,
116         bsd4_schedulerclock,
117         bsd4_recalculate_estcpu,
118         bsd4_resetpriority,
119         bsd4_forking,
120         bsd4_exiting,
121         NULL,                   /* setcpumask not supported */
122         bsd4_yield
123 };
124
125 struct usched_bsd4_pcpu {
126         struct thread helper_thread;
127         short   rrcount;
128         short   upri;
129         struct lwp *uschedcp;
130 };
131
132 typedef struct usched_bsd4_pcpu *bsd4_pcpu_t;
133
134 /*
135  * We have NQS (32) run queues per scheduling class.  For the normal
136  * class, there are 128 priorities scaled onto these 32 queues.  New
137  * processes are added to the last entry in each queue, and processes
138  * are selected for running by taking them from the head and maintaining
139  * a simple FIFO arrangement.  Realtime and Idle priority processes have
140  * and explicit 0-31 priority which maps directly onto their class queue
141  * index.  When a queue has something in it, the corresponding bit is
142  * set in the queuebits variable, allowing a single read to determine
143  * the state of all 32 queues and then a ffs() to find the first busy
144  * queue.
145  */
146 static struct rq bsd4_queues[NQS];
147 static struct rq bsd4_rtqueues[NQS];
148 static struct rq bsd4_idqueues[NQS];
149 static u_int32_t bsd4_queuebits;
150 static u_int32_t bsd4_rtqueuebits;
151 static u_int32_t bsd4_idqueuebits;
152 static cpumask_t bsd4_curprocmask = -1; /* currently running a user process */
153 static cpumask_t bsd4_rdyprocmask;      /* ready to accept a user process */
154 static int       bsd4_runqcount;
155 #ifdef SMP
156 static volatile int bsd4_scancpu;
157 #endif
158 static struct spinlock bsd4_spin;
159 static struct usched_bsd4_pcpu bsd4_pcpu[MAXCPU];
160
161 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, bsd4_runqcount, CTLFLAG_RD, &bsd4_runqcount, 0, "");
162 #ifdef INVARIANTS
163 static int usched_nonoptimal;
164 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, usched_nonoptimal, CTLFLAG_RW,
165         &usched_nonoptimal, 0, "acquire_curproc() was not optimal");
166 static int usched_optimal;
167 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, usched_optimal, CTLFLAG_RW,
168         &usched_optimal, 0, "acquire_curproc() was optimal");
169 #endif
170 static int usched_debug = -1;
171 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, scdebug, CTLFLAG_RW, &usched_debug, 0, "");
172 #ifdef SMP
173 static int remote_resched_nonaffinity;
174 static int remote_resched_affinity;
175 static int choose_affinity;
176 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, remote_resched_nonaffinity, CTLFLAG_RD,
177         &remote_resched_nonaffinity, 0, "Number of remote rescheds");
178 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, remote_resched_affinity, CTLFLAG_RD,
179         &remote_resched_affinity, 0, "Number of remote rescheds");
180 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, choose_affinity, CTLFLAG_RD,
181         &choose_affinity, 0, "chooseproc() was smart");
182 #endif
183
184 static int usched_bsd4_rrinterval = (ESTCPUFREQ + 9) / 10;
185 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, usched_bsd4_rrinterval, CTLFLAG_RW,
186         &usched_bsd4_rrinterval, 0, "");
187 static int usched_bsd4_decay = ESTCPUINCR / 2;
188 SYSCTL_INT(_kern, OID_AUTO, usched_bsd4_decay, CTLFLAG_RW,
189         &usched_bsd4_decay, 0, "");
190
191 /*
192  * Initialize the run queues at boot time.
193  */
194 static void
195 rqinit(void *dummy)
196 {
197         int i;
198
199         spin_init(&bsd4_spin);
200         for (i = 0; i < NQS; i++) {
201                 TAILQ_INIT(&bsd4_queues[i]);
202                 TAILQ_INIT(&bsd4_rtqueues[i]);
203                 TAILQ_INIT(&bsd4_idqueues[i]);
204         }
205         atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, 1);
206 }
207 SYSINIT(runqueue, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_FIRST, rqinit, NULL)
208
209 /*
210  * BSD4_ACQUIRE_CURPROC
211  *
212  * This function is called when the kernel intends to return to userland.
213  * It is responsible for making the thread the current designated userland
214  * thread for this cpu, blocking if necessary.
215  *
216  * The kernel has already depressed our LWKT priority so we must not switch
217  * until we have either assigned or disposed of the thread.
218  *
219  * WARNING! THIS FUNCTION IS ALLOWED TO CAUSE THE CURRENT THREAD TO MIGRATE
220  * TO ANOTHER CPU!  Because most of the kernel assumes that no migration will
221  * occur, this function is called only under very controlled circumstances.
222  *
223  * MPSAFE
224  */
225 static void
226 bsd4_acquire_curproc(struct lwp *lp)
227 {
228         globaldata_t gd;
229         bsd4_pcpu_t dd;
230         struct lwp *olp;
231
232         crit_enter();
233         bsd4_recalculate_estcpu(lp);
234
235         /*
236          * If a reschedule was requested give another thread the
237          * driver's seat.
238          */
239         if (user_resched_wanted()) {
240                 clear_user_resched();
241                 bsd4_release_curproc(lp);
242         }
243
244         /*
245          * Loop until we are the current user thread
246          */
247         do {
248                 /*
249                  * Reload after a switch or setrunqueue/switch possibly
250                  * moved us to another cpu.
251                  */
252                 clear_lwkt_resched();
253                 gd = mycpu;
254                 dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
255
256                 /*
257                  * Become the currently scheduled user thread for this cpu
258                  * if we can do so trivially.
259                  *
260                  * We can steal another thread's current thread designation
261                  * on this cpu since if we are running that other thread
262                  * must not be, so we can safely deschedule it.
263                  */
264                 if (dd->uschedcp == lp) {
265                         dd->upri = lp->lwp_priority;
266                 } else if (dd->uschedcp == NULL) {
267                         atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
268                         dd->uschedcp = lp;
269                         dd->upri = lp->lwp_priority;
270                 } else if (dd->upri > lp->lwp_priority) {
271                         olp = dd->uschedcp;
272                         dd->uschedcp = lp;
273                         dd->upri = lp->lwp_priority;
274                         lwkt_deschedule(olp->lwp_thread);
275                         bsd4_setrunqueue(olp);
276                 } else {
277                         lwkt_deschedule(lp->lwp_thread);
278                         bsd4_setrunqueue(lp);
279                         lwkt_switch();
280                 }
281
282                 /*
283                  * Other threads at our current user priority have already
284                  * put in their bids, but we must run any kernel threads
285                  * at higher priorities, and we could lose our bid to
286                  * another thread trying to return to user mode in the
287                  * process.
288                  *
289                  * If we lose our bid we will be descheduled and put on
290                  * the run queue.  When we are reactivated we will have
291                  * another chance.
292                  */
293                 if (lwkt_check_resched(lp->lwp_thread) > 1) {
294                         lwkt_switch();
295                         continue;
296                 }
297         } while (dd->uschedcp != lp);
298
299         crit_exit();
300         KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
301 }
302
303 /*
304  * BSD4_RELEASE_CURPROC
305  *
306  * This routine detaches the current thread from the userland scheduler,
307  * usually because the thread needs to run or block in the kernel (at
308  * kernel priority) for a while.
309  *
310  * This routine is also responsible for selecting a new thread to
311  * make the current thread.
312  *
313  * NOTE: This implementation differs from the dummy example in that
314  * bsd4_select_curproc() is able to select the current process, whereas
315  * dummy_select_curproc() is not able to select the current process.
316  * This means we have to NULL out uschedcp.
317  *
318  * Additionally, note that we may already be on a run queue if releasing
319  * via the lwkt_switch() in bsd4_setrunqueue().
320  *
321  * WARNING!  The MP lock may be in an unsynchronized state due to the
322  * way get_mplock() works and the fact that this function may be called
323  * from a passive release during a lwkt_switch().   try_mplock() will deal 
324  * with this for us but you should be aware that td_mpcount may not be
325  * useable.
326  *
327  * MPSAFE
328  */
329 static void
330 bsd4_release_curproc(struct lwp *lp)
331 {
332         globaldata_t gd = mycpu;
333         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
334
335         if (dd->uschedcp == lp) {
336                 crit_enter();
337                 KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
338                 dd->uschedcp = NULL;    /* don't let lp be selected */
339                 dd->upri = PRIBASE_NULL;
340                 atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
341                 bsd4_select_curproc(gd);
342                 crit_exit();
343         }
344 }
345
346 /*
347  * BSD4_SELECT_CURPROC
348  *
349  * Select a new current process for this cpu and clear any pending user
350  * reschedule request.  The cpu currently has no current process.
351  *
352  * This routine is also responsible for equal-priority round-robining,
353  * typically triggered from bsd4_schedulerclock().  In our dummy example
354  * all the 'user' threads are LWKT scheduled all at once and we just
355  * call lwkt_switch().
356  *
357  * The calling process is not on the queue and cannot be selected.
358  *
359  * MPSAFE
360  */
361 static
362 void
363 bsd4_select_curproc(globaldata_t gd)
364 {
365         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
366         struct lwp *nlp;
367         int cpuid = gd->gd_cpuid;
368
369         crit_enter_gd(gd);
370
371         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
372         if ((nlp = chooseproc_locked(dd->uschedcp)) != NULL) {
373                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, 1 << cpuid);
374                 dd->upri = nlp->lwp_priority;
375                 dd->uschedcp = nlp;
376                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
377 #ifdef SMP
378                 lwkt_acquire(nlp->lwp_thread);
379 #endif
380                 lwkt_schedule(nlp->lwp_thread);
381         } else if (bsd4_runqcount && (bsd4_rdyprocmask & (1 << cpuid))) {
382                 atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << cpuid);
383                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
384                 lwkt_schedule(&dd->helper_thread);
385         } else {
386                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
387         }
388         crit_exit_gd(gd);
389 }
390
391 /*
392  * BSD4_SETRUNQUEUE
393  *
394  * Place the specified lwp on the user scheduler's run queue.  This routine
395  * must be called with the thread descheduled.  The lwp must be runnable.
396  *
397  * The thread may be the current thread as a special case.
398  *
399  * MPSAFE
400  */
401 static void
402 bsd4_setrunqueue(struct lwp *lp)
403 {
404         globaldata_t gd;
405         bsd4_pcpu_t dd;
406 #ifdef SMP
407         int cpuid;
408         cpumask_t mask;
409         cpumask_t tmpmask;
410 #endif
411
412         /*
413          * First validate the process state relative to the current cpu.
414          * We don't need the spinlock for this, just a critical section.
415          * We are in control of the process.
416          */
417         crit_enter();
418         KASSERT(lp->lwp_stat == LSRUN, ("setrunqueue: lwp not LSRUN"));
419         KASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0,
420             ("lwp %d/%d already on runq! flag %08x/%08x", lp->lwp_proc->p_pid,
421              lp->lwp_tid, lp->lwp_proc->p_flag, lp->lwp_flag));
422         KKASSERT((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
423
424         /*
425          * Note: gd and dd are relative to the target thread's last cpu,
426          * NOT our current cpu.
427          */
428         gd = lp->lwp_thread->td_gd;
429         dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
430
431         /*
432          * This process is not supposed to be scheduled anywhere or assigned
433          * as the current process anywhere.  Assert the condition.
434          */
435         KKASSERT(dd->uschedcp != lp);
436
437 #ifndef SMP
438         /*
439          * If we are not SMP we do not have a scheduler helper to kick
440          * and must directly activate the process if none are scheduled.
441          *
442          * This is really only an issue when bootstrapping init since
443          * the caller in all other cases will be a user process, and
444          * even if released (dd->uschedcp == NULL), that process will
445          * kickstart the scheduler when it returns to user mode from
446          * the kernel.
447          */
448         if (dd->uschedcp == NULL) {
449                 atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, gd->gd_cpumask);
450                 dd->uschedcp = lp;
451                 dd->upri = lp->lwp_priority;
452                 lwkt_schedule(lp->lwp_thread);
453                 crit_exit();
454                 return;
455         }
456 #endif
457
458 #ifdef SMP
459         /*
460          * XXX fixme.  Could be part of a remrunqueue/setrunqueue
461          * operation when the priority is recalculated, so TDF_MIGRATING
462          * may already be set.
463          */
464         if ((lp->lwp_thread->td_flags & TDF_MIGRATING) == 0)
465                 lwkt_giveaway(lp->lwp_thread);
466 #endif
467
468         /*
469          * We lose control of lp the moment we release the spinlock after
470          * having placed lp on the queue.  i.e. another cpu could pick it
471          * up and it could exit, or its priority could be further adjusted,
472          * or something like that.
473          */
474         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
475         bsd4_setrunqueue_locked(lp);
476
477 #ifdef SMP
478         /*
479          * Kick the scheduler helper on one of the other cpu's
480          * and request a reschedule if appropriate.
481          */
482         cpuid = (bsd4_scancpu & 0xFFFF) % ncpus;
483         ++bsd4_scancpu;
484         mask = ~bsd4_curprocmask & bsd4_rdyprocmask &
485                 lp->lwp_cpumask & smp_active_mask;
486         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
487
488         while (mask) {
489                 tmpmask = ~((1 << cpuid) - 1);
490                 if (mask & tmpmask)
491                         cpuid = bsfl(mask & tmpmask);
492                 else
493                         cpuid = bsfl(mask);
494                 gd = globaldata_find(cpuid);
495                 dd = &bsd4_pcpu[cpuid];
496
497                 if ((dd->upri & ~PPQMASK) > (lp->lwp_priority & ~PPQMASK)) {
498                         if (gd == mycpu)
499                                 need_user_resched_remote(NULL);
500                         else
501                                 lwkt_send_ipiq(gd, need_user_resched_remote, NULL);
502                         break;
503                 }
504                 mask &= ~(1 << cpuid);
505         }
506 #else
507         /*
508          * Request a reschedule if appropriate.
509          */
510         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
511         if ((dd->upri & ~PPQMASK) > (lp->lwp_priority & ~PPQMASK)) {
512                 need_user_resched();
513         }
514 #endif
515         crit_exit();
516 }
517
518 /*
519  * This routine is called from a systimer IPI.  It MUST be MP-safe and
520  * the BGL IS NOT HELD ON ENTRY.  This routine is called at ESTCPUFREQ on
521  * each cpu.
522  *
523  * Because this is effectively a 'fast' interrupt, we cannot safely
524  * use spinlocks unless gd_spinlock_rd is NULL and gd_spinlocks_wr is 0,
525  * even if the spinlocks are 'non conflicting'.  This is due to the way
526  * spinlock conflicts against cached read locks are handled.
527  *
528  * MPSAFE
529  */
530 static
531 void
532 bsd4_schedulerclock(struct lwp *lp, sysclock_t period, sysclock_t cpstamp)
533 {
534         globaldata_t gd = mycpu;
535         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
536
537         /*
538          * Do we need to round-robin?  We round-robin 10 times a second.
539          * This should only occur for cpu-bound batch processes.
540          */
541         if (++dd->rrcount >= usched_bsd4_rrinterval) {
542                 dd->rrcount = 0;
543                 need_user_resched();
544         }
545
546         /*
547          * As the process accumulates cpu time p_estcpu is bumped and may
548          * push the process into another scheduling queue.  It typically
549          * takes 4 ticks to bump the queue.
550          */
551         lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(lp->lwp_estcpu + ESTCPUINCR);
552
553         /*
554          * Reducing p_origcpu over time causes more of our estcpu to be
555          * returned to the parent when we exit.  This is a small tweak
556          * for the batch detection heuristic.
557          */
558         if (lp->lwp_origcpu)
559                 --lp->lwp_origcpu;
560
561         /*
562          * We can only safely call bsd4_resetpriority(), which uses spinlocks,
563          * if we aren't interrupting a thread that is using spinlocks.
564          * Otherwise we can deadlock with another cpu waiting for our read
565          * spinlocks to clear.
566          */
567         if (gd->gd_spinlock_rd == NULL && gd->gd_spinlocks_wr == 0)
568                 bsd4_resetpriority(lp);
569         else
570                 need_user_resched();
571 }
572
573 /*
574  * Called from acquire and from kern_synch's one-second timer (one of the
575  * callout helper threads) with a critical section held. 
576  *
577  * Decay p_estcpu based on the number of ticks we haven't been running
578  * and our p_nice.  As the load increases each process observes a larger
579  * number of idle ticks (because other processes are running in them).
580  * This observation leads to a larger correction which tends to make the
581  * system more 'batchy'.
582  *
583  * Note that no recalculation occurs for a process which sleeps and wakes
584  * up in the same tick.  That is, a system doing thousands of context
585  * switches per second will still only do serious estcpu calculations
586  * ESTCPUFREQ times per second.
587  *
588  * MPSAFE
589  */
590 static
591 void 
592 bsd4_recalculate_estcpu(struct lwp *lp)
593 {
594         globaldata_t gd = mycpu;
595         sysclock_t cpbase;
596         int loadfac;
597         int ndecay;
598         int nticks;
599         int nleft;
600
601         /*
602          * We have to subtract periodic to get the last schedclock
603          * timeout time, otherwise we would get the upcoming timeout.
604          * Keep in mind that a process can migrate between cpus and
605          * while the scheduler clock should be very close, boundary
606          * conditions could lead to a small negative delta.
607          */
608         cpbase = gd->gd_schedclock.time - gd->gd_schedclock.periodic;
609
610         if (lp->lwp_slptime > 1) {
611                 /*
612                  * Too much time has passed, do a coarse correction.
613                  */
614                 lp->lwp_estcpu = lp->lwp_estcpu >> 1;
615                 bsd4_resetpriority(lp);
616                 lp->lwp_cpbase = cpbase;
617                 lp->lwp_cpticks = 0;
618         } else if (lp->lwp_cpbase != cpbase) {
619                 /*
620                  * Adjust estcpu if we are in a different tick.  Don't waste
621                  * time if we are in the same tick. 
622                  * 
623                  * First calculate the number of ticks in the measurement
624                  * interval.  The nticks calculation can wind up 0 due to
625                  * a bug in the handling of lwp_slptime  (as yet not found),
626                  * so make sure we do not get a divide by 0 panic.
627                  */
628                 nticks = (cpbase - lp->lwp_cpbase) / gd->gd_schedclock.periodic;
629                 if (nticks <= 0)
630                         nticks = 1;
631                 updatepcpu(lp, lp->lwp_cpticks, nticks);
632
633                 if ((nleft = nticks - lp->lwp_cpticks) < 0)
634                         nleft = 0;
635                 if (usched_debug == lp->lwp_proc->p_pid) {
636                         kprintf("pid %d tid %d estcpu %d cpticks %d nticks %d nleft %d",
637                                 lp->lwp_proc->p_pid, lp->lwp_tid, lp->lwp_estcpu,
638                                 lp->lwp_cpticks, nticks, nleft);
639                 }
640
641                 /*
642                  * Calculate a decay value based on ticks remaining scaled
643                  * down by the instantanious load and p_nice.
644                  */
645                 if ((loadfac = bsd4_runqcount) < 2)
646                         loadfac = 2;
647                 ndecay = nleft * usched_bsd4_decay * 2 * 
648                         (PRIO_MAX * 2 - lp->lwp_proc->p_nice) / (loadfac * PRIO_MAX * 2);
649
650                 /*
651                  * Adjust p_estcpu.  Handle a border case where batch jobs
652                  * can get stalled long enough to decay to zero when they
653                  * shouldn't.
654                  */
655                 if (lp->lwp_estcpu > ndecay * 2)
656                         lp->lwp_estcpu -= ndecay;
657                 else
658                         lp->lwp_estcpu >>= 1;
659
660                 if (usched_debug == lp->lwp_proc->p_pid)
661                         kprintf(" ndecay %d estcpu %d\n", ndecay, lp->lwp_estcpu);
662                 bsd4_resetpriority(lp);
663                 lp->lwp_cpbase = cpbase;
664                 lp->lwp_cpticks = 0;
665         }
666 }
667
668 /*
669  * Compute the priority of a process when running in user mode.
670  * Arrange to reschedule if the resulting priority is better
671  * than that of the current process.
672  *
673  * This routine may be called with any process.
674  *
675  * This routine is called by fork1() for initial setup with the process
676  * of the run queue, and also may be called normally with the process on or
677  * off the run queue.
678  *
679  * MPSAFE
680  */
681 static void
682 bsd4_resetpriority(struct lwp *lp)
683 {
684         bsd4_pcpu_t dd;
685         int newpriority;
686         u_short newrqtype;
687         int reschedcpu;
688
689         /*
690          * Calculate the new priority and queue type
691          */
692         crit_enter();
693         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
694
695         newrqtype = lp->lwp_rtprio.type;
696
697         switch(newrqtype) {
698         case RTP_PRIO_REALTIME:
699         case RTP_PRIO_FIFO:
700                 newpriority = PRIBASE_REALTIME +
701                              (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
702                 break;
703         case RTP_PRIO_NORMAL:
704                 newpriority = (lp->lwp_proc->p_nice - PRIO_MIN) * PPQ / NICEPPQ;
705                 newpriority += lp->lwp_estcpu * PPQ / ESTCPUPPQ;
706                 newpriority = newpriority * MAXPRI / (PRIO_RANGE * PPQ /
707                               NICEPPQ + ESTCPUMAX * PPQ / ESTCPUPPQ);
708                 newpriority = PRIBASE_NORMAL + (newpriority & PRIMASK);
709                 break;
710         case RTP_PRIO_IDLE:
711                 newpriority = PRIBASE_IDLE + (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
712                 break;
713         case RTP_PRIO_THREAD:
714                 newpriority = PRIBASE_THREAD + (lp->lwp_rtprio.prio & PRIMASK);
715                 break;
716         default:
717                 panic("Bad RTP_PRIO %d", newrqtype);
718                 /* NOT REACHED */
719         }
720
721         /*
722          * The newpriority incorporates the queue type so do a simple masked
723          * check to determine if the process has moved to another queue.  If
724          * it has, and it is currently on a run queue, then move it.
725          */
726         if ((lp->lwp_priority ^ newpriority) & ~PPQMASK) {
727                 lp->lwp_priority = newpriority;
728                 if (lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) {
729                         bsd4_remrunqueue_locked(lp);
730                         lp->lwp_rqtype = newrqtype;
731                         lp->lwp_rqindex = (newpriority & PRIMASK) / PPQ;
732                         bsd4_setrunqueue_locked(lp);
733                         reschedcpu = lp->lwp_thread->td_gd->gd_cpuid;
734                 } else {
735                         lp->lwp_rqtype = newrqtype;
736                         lp->lwp_rqindex = (newpriority & PRIMASK) / PPQ;
737                         reschedcpu = -1;
738                 }
739         } else {
740                 lp->lwp_priority = newpriority;
741                 reschedcpu = -1;
742         }
743         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
744
745         /*
746          * Determine if we need to reschedule the target cpu.  This only
747          * occurs if the LWP is already on a scheduler queue, which means
748          * that idle cpu notification has already occured.  At most we
749          * need only issue a need_user_resched() on the appropriate cpu.
750          *
751          * The LWP may be owned by a CPU different from the current one,
752          * in which case dd->uschedcp may be modified without an MP lock
753          * or a spinlock held.  The worst that happens is that the code
754          * below causes a spurious need_user_resched() on the target CPU
755          * and dd->pri to be wrong for a short period of time, both of
756          * which are harmless.
757          */
758         if (reschedcpu >= 0) {
759                 dd = &bsd4_pcpu[reschedcpu];
760                 if ((dd->upri & ~PRIMASK) > (lp->lwp_priority & ~PRIMASK)) {
761                         dd->upri = lp->lwp_priority;
762 #ifdef SMP
763                         if (reschedcpu == mycpu->gd_cpuid) {
764                                 need_user_resched();
765                         } else {
766                                 lwkt_send_ipiq(lp->lwp_thread->td_gd,
767                                                need_user_resched_remote, NULL);
768                         }
769 #else
770                         need_user_resched();
771 #endif
772                 }
773         }
774         crit_exit();
775 }
776
777 static
778 void
779 bsd4_yield(struct lwp *lp) 
780 {
781 #if 0
782         /* FUTURE (or something similar) */
783         switch(lp->lwp_rqtype) {
784         case RTP_PRIO_NORMAL:
785                 lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(lp->lwp_estcpu + ESTCPUINCR);
786                 break;
787         default:
788                 break;
789         }
790 #endif
791         need_user_resched();
792 }
793
794 /*
795  * Called from fork1() when a new child process is being created.
796  *
797  * Give the child process an initial estcpu that is more batch then
798  * its parent and dock the parent for the fork (but do not
799  * reschedule the parent).   This comprises the main part of our batch
800  * detection heuristic for both parallel forking and sequential execs.
801  *
802  * Interactive processes will decay the boosted estcpu quickly while batch
803  * processes will tend to compound it.
804  * XXX lwp should be "spawning" instead of "forking"
805  *
806  * MPSAFE
807  */
808 static void
809 bsd4_forking(struct lwp *plp, struct lwp *lp)
810 {
811         lp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + ESTCPUPPQ);
812         lp->lwp_origcpu = lp->lwp_estcpu;
813         plp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + ESTCPUPPQ);
814 }
815
816 /*
817  * Called when the parent reaps a child.   Propogate cpu use by the child
818  * back to the parent.
819  *
820  * MPSAFE
821  */
822 static void
823 bsd4_exiting(struct lwp *plp, struct lwp *lp)
824 {
825         int delta;
826
827         if (plp->lwp_proc->p_pid != 1) {
828                 delta = lp->lwp_estcpu - lp->lwp_origcpu;
829                 if (delta > 0)
830                         plp->lwp_estcpu = ESTCPULIM(plp->lwp_estcpu + delta);
831         }
832 }
833
834
835 /*
836  * chooseproc() is called when a cpu needs a user process to LWKT schedule,
837  * it selects a user process and returns it.  If chklp is non-NULL and chklp
838  * has a better or equal priority then the process that would otherwise be
839  * chosen, NULL is returned.
840  *
841  * Until we fix the RUNQ code the chklp test has to be strict or we may
842  * bounce between processes trying to acquire the current process designation.
843  *
844  * MPSAFE - must be called with bsd4_spin exclusive held.  The spinlock is
845  *          left intact through the entire routine.
846  */
847 static
848 struct lwp *
849 chooseproc_locked(struct lwp *chklp)
850 {
851         struct lwp *lp;
852         struct rq *q;
853         u_int32_t *which, *which2;
854         u_int32_t pri;
855         u_int32_t rtqbits;
856         u_int32_t tsqbits;
857         u_int32_t idqbits;
858         cpumask_t cpumask;
859
860         rtqbits = bsd4_rtqueuebits;
861         tsqbits = bsd4_queuebits;
862         idqbits = bsd4_idqueuebits;
863         cpumask = mycpu->gd_cpumask;
864
865 #ifdef SMP
866 again:
867 #endif
868         if (rtqbits) {
869                 pri = bsfl(rtqbits);
870                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
871                 which = &bsd4_rtqueuebits;
872                 which2 = &rtqbits;
873         } else if (tsqbits) {
874                 pri = bsfl(tsqbits);
875                 q = &bsd4_queues[pri];
876                 which = &bsd4_queuebits;
877                 which2 = &tsqbits;
878         } else if (idqbits) {
879                 pri = bsfl(idqbits);
880                 q = &bsd4_idqueues[pri];
881                 which = &bsd4_idqueuebits;
882                 which2 = &idqbits;
883         } else {
884                 return NULL;
885         }
886         lp = TAILQ_FIRST(q);
887         KASSERT(lp, ("chooseproc: no lwp on busy queue"));
888
889 #ifdef SMP
890         while ((lp->lwp_cpumask & cpumask) == 0) {
891                 lp = TAILQ_NEXT(lp, lwp_procq);
892                 if (lp == NULL) {
893                         *which2 &= ~(1 << pri);
894                         goto again;
895                 }
896         }
897 #endif
898
899         /*
900          * If the passed lwp <chklp> is reasonably close to the selected
901          * lwp <lp>, return NULL (indicating that <chklp> should be kept).
902          * 
903          * Note that we must error on the side of <chklp> to avoid bouncing
904          * between threads in the acquire code.
905          */
906         if (chklp) {
907                 if (chklp->lwp_priority < lp->lwp_priority + PPQ)
908                         return(NULL);
909         }
910
911 #ifdef SMP
912         /*
913          * If the chosen lwp does not reside on this cpu spend a few
914          * cycles looking for a better candidate at the same priority level.
915          * This is a fallback check, setrunqueue() tries to wakeup the
916          * correct cpu and is our front-line affinity.
917          */
918         if (lp->lwp_thread->td_gd != mycpu &&
919             (chklp = TAILQ_NEXT(lp, lwp_procq)) != NULL
920         ) {
921                 if (chklp->lwp_thread->td_gd == mycpu) {
922                         ++choose_affinity;
923                         lp = chklp;
924                 }
925         }
926 #endif
927
928         TAILQ_REMOVE(q, lp, lwp_procq);
929         --bsd4_runqcount;
930         if (TAILQ_EMPTY(q))
931                 *which &= ~(1 << pri);
932         KASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) != 0, ("not on runq6!"));
933         lp->lwp_flag &= ~LWP_ONRUNQ;
934         return lp;
935 }
936
937 #ifdef SMP
938
939 /*
940  * Called via an ipi message to reschedule on another cpu.  If no
941  * user thread is active on the target cpu we wake the scheduler
942  * helper thread up to help schedule one.
943  *
944  * MPSAFE
945  */
946 static
947 void
948 need_user_resched_remote(void *dummy)
949 {
950         globaldata_t gd = mycpu;
951         bsd4_pcpu_t  dd = &bsd4_pcpu[gd->gd_cpuid];
952
953         if (dd->uschedcp == NULL && (bsd4_rdyprocmask & gd->gd_cpumask)) {
954                 atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, gd->gd_cpumask);
955                 lwkt_schedule(&dd->helper_thread);
956         } else {
957                 need_user_resched();
958         }
959 }
960
961 #endif
962
963 /*
964  * bsd4_remrunqueue_locked() removes a given process from the run queue
965  * that it is on, clearing the queue busy bit if it becomes empty.
966  *
967  * Note that user process scheduler is different from the LWKT schedule.
968  * The user process scheduler only manages user processes but it uses LWKT
969  * underneath, and a user process operating in the kernel will often be
970  * 'released' from our management.
971  *
972  * MPSAFE - bsd4_spin must be held exclusively on call
973  */
974 static void
975 bsd4_remrunqueue_locked(struct lwp *lp)
976 {
977         struct rq *q;
978         u_int32_t *which;
979         u_int8_t pri;
980
981         KKASSERT(lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ);
982         lp->lwp_flag &= ~LWP_ONRUNQ;
983         --bsd4_runqcount;
984         KKASSERT(bsd4_runqcount >= 0);
985
986         pri = lp->lwp_rqindex;
987         switch(lp->lwp_rqtype) {
988         case RTP_PRIO_NORMAL:
989                 q = &bsd4_queues[pri];
990                 which = &bsd4_queuebits;
991                 break;
992         case RTP_PRIO_REALTIME:
993         case RTP_PRIO_FIFO:
994                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
995                 which = &bsd4_rtqueuebits;
996                 break;
997         case RTP_PRIO_IDLE:
998                 q = &bsd4_idqueues[pri];
999                 which = &bsd4_idqueuebits;
1000                 break;
1001         default:
1002                 panic("remrunqueue: invalid rtprio type");
1003                 /* NOT REACHED */
1004         }
1005         TAILQ_REMOVE(q, lp, lwp_procq);
1006         if (TAILQ_EMPTY(q)) {
1007                 KASSERT((*which & (1 << pri)) != 0,
1008                         ("remrunqueue: remove from empty queue"));
1009                 *which &= ~(1 << pri);
1010         }
1011 }
1012
1013 /*
1014  * bsd4_setrunqueue_locked()
1015  *
1016  * Add a process whos rqtype and rqindex had previously been calculated
1017  * onto the appropriate run queue.   Determine if the addition requires
1018  * a reschedule on a cpu and return the cpuid or -1.
1019  *
1020  * NOTE: Lower priorities are better priorities.
1021  *
1022  * MPSAFE - bsd4_spin must be held exclusively on call
1023  */
1024 static void
1025 bsd4_setrunqueue_locked(struct lwp *lp)
1026 {
1027         struct rq *q;
1028         u_int32_t *which;
1029         int pri;
1030
1031         KKASSERT((lp->lwp_flag & LWP_ONRUNQ) == 0);
1032         lp->lwp_flag |= LWP_ONRUNQ;
1033         ++bsd4_runqcount;
1034
1035         pri = lp->lwp_rqindex;
1036
1037         switch(lp->lwp_rqtype) {
1038         case RTP_PRIO_NORMAL:
1039                 q = &bsd4_queues[pri];
1040                 which = &bsd4_queuebits;
1041                 break;
1042         case RTP_PRIO_REALTIME:
1043         case RTP_PRIO_FIFO:
1044                 q = &bsd4_rtqueues[pri];
1045                 which = &bsd4_rtqueuebits;
1046                 break;
1047         case RTP_PRIO_IDLE:
1048                 q = &bsd4_idqueues[pri];
1049                 which = &bsd4_idqueuebits;
1050                 break;
1051         default:
1052                 panic("remrunqueue: invalid rtprio type");
1053                 /* NOT REACHED */
1054         }
1055
1056         /*
1057          * Add to the correct queue and set the appropriate bit.  If no
1058          * lower priority (i.e. better) processes are in the queue then
1059          * we want a reschedule, calculate the best cpu for the job.
1060          *
1061          * Always run reschedules on the LWPs original cpu.
1062          */
1063         TAILQ_INSERT_TAIL(q, lp, lwp_procq);
1064         *which |= 1 << pri;
1065 }
1066
1067 #ifdef SMP
1068
1069 /*
1070  * For SMP systems a user scheduler helper thread is created for each
1071  * cpu and is used to allow one cpu to wakeup another for the purposes of
1072  * scheduling userland threads from setrunqueue().  UP systems do not
1073  * need the helper since there is only one cpu.  We can't use the idle
1074  * thread for this because we need to hold the MP lock.  Additionally,
1075  * doing things this way allows us to HLT idle cpus on MP systems.
1076  *
1077  * MPSAFE
1078  */
1079 static void
1080 sched_thread(void *dummy)
1081 {
1082     globaldata_t gd;
1083     bsd4_pcpu_t  dd;
1084     struct lwp *nlp;
1085     cpumask_t cpumask;
1086     int cpuid;
1087 #if 0
1088     cpumask_t tmpmask;
1089     int tmpid;
1090 #endif
1091
1092     gd = mycpu;
1093     cpuid = gd->gd_cpuid;       /* doesn't change */
1094     cpumask = gd->gd_cpumask;   /* doesn't change */
1095     dd = &bsd4_pcpu[cpuid];
1096
1097     /*
1098      * The scheduler thread does not need to hold the MP lock.  Since we
1099      * are woken up only when no user processes are scheduled on a cpu, we
1100      * can run at an ultra low priority.
1101      */
1102     rel_mplock();
1103     lwkt_setpri_self(TDPRI_USER_SCHEDULER);
1104
1105     for (;;) {
1106         /*
1107          * We use the LWKT deschedule-interlock trick to avoid racing
1108          * bsd4_rdyprocmask.  This means we cannot block through to the
1109          * manual lwkt_switch() call we make below.
1110          */
1111         crit_enter_gd(gd);
1112         lwkt_deschedule_self(gd->gd_curthread);
1113         spin_lock_wr(&bsd4_spin);
1114         atomic_set_int(&bsd4_rdyprocmask, cpumask);
1115
1116         clear_user_resched();   /* This satisfied the reschedule request */
1117         dd->rrcount = 0;        /* Reset the round-robin counter */
1118
1119         if ((bsd4_curprocmask & cpumask) == 0) {
1120                 /*
1121                  * No thread is currently scheduled.
1122                  */
1123                 KKASSERT(dd->uschedcp == NULL);
1124                 if ((nlp = chooseproc_locked(NULL)) != NULL) {
1125                         atomic_set_int(&bsd4_curprocmask, cpumask);
1126                         dd->upri = nlp->lwp_priority;
1127                         dd->uschedcp = nlp;
1128                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1129                         lwkt_acquire(nlp->lwp_thread);
1130                         lwkt_schedule(nlp->lwp_thread);
1131                 } else {
1132                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1133                 }
1134 #if 0
1135         /*
1136          * Disabled for now, this can create an infinite loop.
1137          */
1138         } else if (bsd4_runqcount) {
1139                 /*
1140                  * Someone scheduled us but raced.  In order to not lose
1141                  * track of the fact that there may be a LWP ready to go,
1142                  * forward the request to another cpu if available.
1143                  *
1144                  * Rotate through cpus starting with cpuid + 1.  Since cpuid
1145                  * is already masked out by gd_other_cpus, just use ~cpumask.
1146                  */
1147                 tmpmask = bsd4_rdyprocmask & mycpu->gd_other_cpus &
1148                           ~bsd4_curprocmask;
1149                 if (tmpmask) {
1150                         if (tmpmask & ~(cpumask - 1))
1151                                 tmpid = bsfl(tmpmask & ~(cpumask - 1));
1152                         else
1153                                 tmpid = bsfl(tmpmask);
1154                         bsd4_scancpu = tmpid;
1155                         atomic_clear_int(&bsd4_rdyprocmask, 1 << tmpid);
1156                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1157                         lwkt_schedule(&bsd4_pcpu[tmpid].helper_thread);
1158                 } else {
1159                         spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1160                 }
1161 #endif
1162         } else {
1163                 /*
1164                  * The runq is empty.
1165                  */
1166                 spin_unlock_wr(&bsd4_spin);
1167         }
1168         crit_exit_gd(gd);
1169         lwkt_switch();
1170     }
1171 }
1172
1173 /*
1174  * Setup our scheduler helpers.  Note that curprocmask bit 0 has already
1175  * been cleared by rqinit() and we should not mess with it further.
1176  */
1177 static void
1178 sched_thread_cpu_init(void)
1179 {
1180     int i;
1181
1182     if (bootverbose)
1183         kprintf("start scheduler helpers on cpus:");
1184
1185     for (i = 0; i < ncpus; ++i) {
1186         bsd4_pcpu_t dd = &bsd4_pcpu[i];
1187         cpumask_t mask = 1 << i;
1188
1189         if ((mask & smp_active_mask) == 0)
1190             continue;
1191
1192         if (bootverbose)
1193             kprintf(" %d", i);
1194
1195         lwkt_create(sched_thread, NULL, NULL, &dd->helper_thread, 
1196                     TDF_STOPREQ, i, "usched %d", i);
1197
1198         /*
1199          * Allow user scheduling on the target cpu.  cpu #0 has already
1200          * been enabled in rqinit().
1201          */
1202         if (i)
1203             atomic_clear_int(&bsd4_curprocmask, mask);
1204         atomic_set_int(&bsd4_rdyprocmask, mask);
1205         dd->upri = PRIBASE_NULL;
1206     }
1207     if (bootverbose)
1208         kprintf("\n");
1209 }
1210 SYSINIT(uschedtd, SI_BOOT2_USCHED, SI_ORDER_SECOND,
1211         sched_thread_cpu_init, NULL)
1212
1213 #endif
1214