sys/kern/kern_clock.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
   3  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
   4  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   5  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
   6  * All or some portions of this file are derived from material licensed
   7  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
   8  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
   9  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  40  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  41  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.13 2004/01/07 11:04:18 dillon Exp $
  42  */
  43
  44 #include "opt_ntp.h"
  45
  46 #include <sys/param.h>
  47 #include <sys/systm.h>
  48 #include <sys/dkstat.h>
  49 #include <sys/callout.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/proc.h>
  52 #include <sys/malloc.h>
  53 #include <sys/resourcevar.h>
  54 #include <sys/signalvar.h>
  55 #include <sys/timex.h>
  56 #include <sys/timepps.h>
  57 #include <vm/vm.h>
  58 #include <sys/lock.h>
  59 #include <vm/pmap.h>
  60 #include <vm/vm_map.h>
  61 #include <sys/sysctl.h>
  62
  63 #include <machine/cpu.h>
  64 #include <machine/limits.h>
  65 #include <machine/smp.h>
  66
  67 #ifdef GPROF
  68 #include <sys/gmon.h>
  69 #endif
  70
  71 #ifdef DEVICE_POLLING
  72 extern void init_device_poll(void);
  73 extern void hardclock_device_poll(void);
  74 #endif /* DEVICE_POLLING */
  75
  76 /*
  77  * Number of timecounters used to implement stable storage
  78  */
  79 #ifndef NTIMECOUNTER
  80 #define NTIMECOUNTER    5
  81 #endif
  82
  83 static MALLOC_DEFINE(M_TIMECOUNTER, "timecounter",
  84         "Timecounter stable storage");
  85
  86 static void initclocks (void *dummy);
  87 SYSINIT(clocks, SI_SUB_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
  88
  89 static void tco_forward (int force);
  90 static void tco_setscales (struct timecounter *tc);
  91 static __inline unsigned tco_delta (struct timecounter *tc);
  92
  93 /*
  94  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
  95  * Note that cp_time[] counts in microseconds, but most userland programs
  96  * just compare relative times against the total by delta.
  97  */
  98 long cp_time[CPUSTATES];
  99
 100 SYSCTL_OPAQUE(_kern, OID_AUTO, cp_time, CTLFLAG_RD, &cp_time, sizeof(cp_time),
 101     "LU", "CPU time statistics");
 102
 103 long tk_cancc;
 104 long tk_nin;
 105 long tk_nout;
 106 long tk_rawcc;
 107
 108 time_t time_second;
 109
 110 struct  timeval boottime;
 111 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 112     &boottime, timeval, "System boottime");
 113
 114 /*
 115  * Which update policy to use.
 116  *   0 - every tick, bad hardware may fail with "calcru negative..."
 117  *   1 - more resistent to the above hardware, but less efficient.
 118  */
 119 static int tco_method;
 120
 121 /*
 122  * Implement a dummy timecounter which we can use until we get a real one
 123  * in the air.  This allows the console and other early stuff to use
 124  * timeservices.
 125  */
 126
 127 static unsigned
 128 dummy_get_timecount(struct timecounter *tc)
 129 {
 130         static unsigned now;
 131         return (++now);
 132 }
 133
 134 static struct timecounter dummy_timecounter = {
 135         dummy_get_timecount,
 136         0,
 137         ~0u,
 138         1000000,
 139         "dummy"
 140 };
 141
 142 struct timecounter *timecounter = &dummy_timecounter;
 143
 144 /*
 145  * Clock handling routines.
 146  *
 147  * This code is written to operate with two timers that run independently of
 148  * each other.
 149  *
 150  * The main timer, running hz times per second, is used to trigger interval
 151  * timers, timeouts and rescheduling as needed.
 152  *
 153  * The second timer handles kernel and user profiling,
 154  * and does resource use estimation.  If the second timer is programmable,
 155  * it is randomized to avoid aliasing between the two clocks.  For example,
 156  * the randomization prevents an adversary from always giving up the cpu
 157  * just before its quantum expires.  Otherwise, it would never accumulate
 158  * cpu ticks.  The mean frequency of the second timer is stathz.
 159  *
 160  * If no second timer exists, stathz will be zero; in this case we drive
 161  * profiling and statistics off the main clock.  This WILL NOT be accurate;
 162  * do not do it unless absolutely necessary.
 163  *
 164  * The statistics clock may (or may not) be run at a higher rate while
 165  * profiling.  This profile clock runs at profhz.  We require that profhz
 166  * be an integral multiple of stathz.
 167  *
 168  * If the statistics clock is running fast, it must be divided by the ratio
 169  * profhz/stathz for statistics.  (For profiling, every tick counts.)
 170  *
 171  * Time-of-day is maintained using a "timecounter", which may or may
 172  * not be related to the hardware generating the above mentioned
 173  * interrupts.
 174  */
 175
 176 int     stathz;
 177 int     profhz;
 178 static int profprocs;
 179 int     ticks;
 180 static int psticks;                     /* profiler ticks */
 181 static int psdiv;                       /* prof / stat divider */
 182 int     psratio;                        /* ratio: prof * 100 / stat */
 183
 184 /*
 185  * Initialize clock frequencies and start both clocks running.
 186  */
 187 /* ARGSUSED*/
 188 static void
 189 initclocks(dummy)
 190         void *dummy;
 191 {
 192         int i;
 193
 194         /*
 195          * Set divisors to 1 (normal case) and let the machine-specific
 196          * code do its bit.
 197          */
 198         psdiv = 1;
 199         cpu_initclocks();
 200
 201 #ifdef DEVICE_POLLING
 202         init_device_poll();
 203 #endif
 204
 205         /*
 206          * Compute profhz/stathz, and fix profhz if needed.
 207          */
 208         i = stathz ? stathz : hz;
 209         if (profhz == 0)
 210                 profhz = i;
 211         psratio = profhz / i;
 212 }
 213
 214 /*
 215  * The real-time timer, interrupting hz times per second.  This is implemented
 216  * as a FAST interrupt so it is in the context of the thread it interrupted,
 217  * and not in an interrupt thread.  YYY needs help.
 218  */
 219 void
 220 hardclock(frame)
 221         struct clockframe *frame;
 222 {
 223         struct proc *p;
 224
 225         p = curproc;
 226         if (p) {
 227                 struct pstats *pstats;
 228
 229                 /*
 230                  * Run current process's virtual and profile time, as needed.
 231                  */
 232                 pstats = p->p_stats;
 233                 if (CLKF_USERMODE(frame) &&
 234                     timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 235                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
 236                         psignal(p, SIGVTALRM);
 237                 if (timevalisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 238                     itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
 239                         psignal(p, SIGPROF);
 240         }
 241
 242 #if 0 /* SMP and BETTER_CLOCK */
 243         forward_hardclock(pscnt);
 244 #endif
 245
 246         /*
 247          * If no separate statistics clock is available, run it from here.
 248          */
 249         if (stathz == 0)
 250                 statclock(frame);
 251
 252         tco_forward(0);
 253         ticks++;
 254
 255 #ifdef DEVICE_POLLING
 256         hardclock_device_poll();        /* this is very short and quick */
 257 #endif /* DEVICE_POLLING */
 258
 259         /*
 260          * Process callouts at a very low cpu priority, so we don't keep the
 261          * relatively high clock interrupt priority any longer than necessary.
 262          */
 263         if (TAILQ_FIRST(&callwheel[ticks & callwheelmask]) != NULL) {
 264                 setsoftclock();
 265         } else if (softticks + 1 == ticks) {
 266                 ++softticks;
 267         }
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 272  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 273  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 274  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 275  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 276  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 277  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 278  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 279  *
 280  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 281  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 282  * the unsigned long maximum.
 283  *
 284  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 285  * 10ms ticks is 248 days.
 286  */
 287 int
 288 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 289 {
 290         int ticks;
 291         long sec, usec;
 292
 293         sec = tv->tv_sec;
 294         usec = tv->tv_usec;
 295         if (usec < 0) {
 296                 sec--;
 297                 usec += 1000000;
 298         }
 299         if (sec < 0) {
 300 #ifdef DIAGNOSTIC
 301                 if (usec > 0) {
 302                         sec++;
 303                         usec -= 1000000;
 304                 }
 305                 printf("tvotohz: negative time difference %ld sec %ld usec\n",
 306                        sec, usec);
 307 #endif
 308                 ticks = 1;
 309         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 310                 ticks = (int)(sec * hz +
 311                             ((u_long)usec + (tick - 1)) / tick) + 1;
 312         } else {
 313                 ticks = INT_MAX;
 314         }
 315         return (ticks);
 316 }
 317
 318 /*
 319  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 320  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 321  * of ticks will not result in a late return.
 322  *
 323  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 324  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 325  * 1 tick.
 326  *
 327  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 328  * 10ms ticks is 248 days.
 329  */
 330 int
 331 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 332 {
 333         int ticks;
 334         long sec;
 335
 336         sec = tv->tv_sec;
 337         if (sec <= INT_MAX / hz)
 338                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / tick);
 339         else
 340                 ticks = INT_MAX;
 341         return (ticks);
 342 }
 343
 344
 345 /*
 346  * Start profiling on a process.
 347  *
 348  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 349  * keeps the profile clock running constantly.
 350  */
 351 void
 352 startprofclock(p)
 353         struct proc *p;
 354 {
 355         int s;
 356
 357         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 358                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 359                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 360                         s = splstatclock();
 361                         psdiv = psratio;
 362                         setstatclockrate(profhz);
 363                         splx(s);
 364                 }
 365         }
 366 }
 367
 368 /*
 369  * Stop profiling on a process.
 370  */
 371 void
 372 stopprofclock(p)
 373         struct proc *p;
 374 {
 375         int s;
 376
 377         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 378                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 379                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 380                         s = splstatclock();
 381                         psdiv = 1;
 382                         setstatclockrate(stathz);
 383                         splx(s);
 384                 }
 385         }
 386 }
 387
 388 /*
 389  * Statistics clock.  Grab profile sample, and if divider reaches 0,
 390  * do process and kernel statistics.  Most of the statistics are only
 391  * used by user-level statistics programs.  The main exceptions are
 392  * p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and p->p_estcpu.
 393  *
 394  * The statclock should be called from an exclusive, fast interrupt,
 395  * so the context should be the thread/process that got interrupted and
 396  * not an interrupt thread.
 397  */
 398 void
 399 statclock(frame)
 400         struct clockframe *frame;
 401 {
 402 #ifdef GPROF
 403         struct gmonparam *g;
 404         int i;
 405 #endif
 406         thread_t td;
 407         struct pstats *pstats;
 408         long rss;
 409         struct rusage *ru;
 410         struct vmspace *vm;
 411         struct proc *p;
 412         int bump;
 413         struct timeval tv;
 414         struct timeval *stv;
 415
 416         /*
 417          * How big was our timeslice relative to the last time
 418          */
 419         microuptime(&tv);
 420         stv = &mycpu->gd_stattv;
 421         if (stv->tv_sec == 0) {
 422             bump = 1;
 423         } else {
 424             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 425                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 426             if (bump < 0)
 427                 bump = 0;
 428             if (bump > 1000000)
 429                 bump = 1000000;
 430         }
 431         *stv = tv;
 432
 433         td = curthread;
 434         p = td->td_proc;
 435
 436         if (CLKF_USERMODE(frame)) {
 437                 /*
 438                  * Came from userland, handle user time and deal with
 439                  * possible process.
 440                  */
 441                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 442                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 443 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
 444                 if (stathz != 0)
 445                         forward_statclock(pscnt);
 446 #endif
 447                 td->td_uticks += bump;
 448
 449                 /*
 450                  * Charge the time as appropriate
 451                  */
 452                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 453                         cp_time[CP_NICE] += bump;
 454                 else
 455                         cp_time[CP_USER] += bump;
 456         } else {
 457 #ifdef GPROF
 458                 /*
 459                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 460                  */
 461                 g = &_gmonparam;
 462                 if (g->state == GMON_PROF_ON) {
 463                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 464                         if (i < g->textsize) {
 465                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 466                                 g->kcount[i]++;
 467                         }
 468                 }
 469 #endif
 470 #if 0   /* SMP and BETTER_CLOCK */
 471                 if (stathz != 0)
 472                         forward_statclock(pscnt);
 473 #endif
 474                 /*
 475                  * Came from kernel mode, so we were:
 476                  * - handling an interrupt,
 477                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 478                  *   user process, or
 479                  * - spinning in the idle loop.
 480                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 481                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 482                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 483                  * so that we know how much of its real time was spent
 484                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 485                  */
 486                 if (CLKF_INTR(frame))
 487                         td->td_iticks += bump;
 488                 else
 489                         td->td_sticks += bump;
 490
 491                 if (CLKF_INTR(frame)) {
 492                         cp_time[CP_INTR] += bump;
 493                 } else {
 494                         if (td == &mycpu->gd_idlethread)
 495                                 cp_time[CP_IDLE] += bump;
 496                         else
 497                                 cp_time[CP_SYS] += bump;
 498                 }
 499         }
 500
 501         /*
 502          * bump psticks and check against gd_psticks.  When we hit the
 503          * 1*hz mark (psdiv ticks) we do the more expensive stuff.  If
 504          * psdiv changes we reset everything to avoid confusion.
 505          */
 506         ++psticks;
 507         if (psticks < mycpu->gd_psticks && psdiv == mycpu->gd_psdiv)
 508                 return;
 509
 510         mycpu->gd_psdiv = psdiv;
 511         mycpu->gd_psticks = psticks + psdiv;
 512
 513         /*
 514          * XXX YYY DragonFly... need to rewrite all of this,
 515          * only schedclock is distributed at the moment
 516          */
 517         schedclock(NULL);
 518 #ifdef SMP
 519         if (smp_started && invltlb_ok && !cold && !panicstr) /* YYY */
 520                 lwkt_send_ipiq_mask(mycpu->gd_other_cpus, schedclock, NULL);
 521 #endif
 522
 523         if (p != NULL) {
 524                 /* Update resource usage integrals and maximums. */
 525                 if ((pstats = p->p_stats) != NULL &&
 526                     (ru = &pstats->p_ru) != NULL &&
 527                     (vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 528                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 529                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 530                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 531                         rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 532                         if (ru->ru_maxrss < rss)
 533                                 ru->ru_maxrss = rss;
 534                 }
 535         }
 536 }
 537
 538 /*
 539  * Return information about system clocks.
 540  */
 541 static int
 542 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 543 {
 544         struct clockinfo clkinfo;
 545         /*
 546          * Construct clockinfo structure.
 547          */
 548         clkinfo.hz = hz;
 549         clkinfo.tick = tick;
 550         clkinfo.tickadj = tickadj;
 551         clkinfo.profhz = profhz;
 552         clkinfo.stathz = stathz ? stathz : hz;
 553         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 554 }
 555
 556 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 557         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 558
 559 static __inline unsigned
 560 tco_delta(struct timecounter *tc)
 561 {
 562
 563         return ((tc->tc_get_timecount(tc) - tc->tc_offset_count) &
 564             tc->tc_counter_mask);
 565 }
 566
 567 /*
 568  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 569  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 570  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 571  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 572  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 573  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 574  * time relative to system boot, these are well suited for time
 575  * interval measurements.
 576  */
 577
 578 void
 579 getmicrotime(struct timeval *tvp)
 580 {
 581         struct timecounter *tc;
 582
 583         if (!tco_method) {
 584                 tc = timecounter;
 585                 *tvp = tc->tc_microtime;
 586         } else {
 587                 microtime(tvp);
 588         }
 589 }
 590
 591 void
 592 getnanotime(struct timespec *tsp)
 593 {
 594         struct timecounter *tc;
 595
 596         if (!tco_method) {
 597                 tc = timecounter;
 598                 *tsp = tc->tc_nanotime;
 599         } else {
 600                 nanotime(tsp);
 601         }
 602 }
 603
 604 void
 605 microtime(struct timeval *tv)
 606 {
 607         struct timecounter *tc;
 608
 609         tc = timecounter;
 610         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 611         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 612         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 613         tv->tv_usec += boottime.tv_usec;
 614         tv->tv_sec += boottime.tv_sec;
 615         while (tv->tv_usec < 0) {
 616                 tv->tv_usec += 1000000;
 617                 if (tv->tv_sec > 0)
 618                         tv->tv_sec--;
 619         }
 620         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 621                 tv->tv_usec -= 1000000;
 622                 tv->tv_sec++;
 623         }
 624 }
 625
 626 void
 627 nanotime(struct timespec *ts)
 628 {
 629         unsigned count;
 630         u_int64_t delta;
 631         struct timecounter *tc;
 632
 633         tc = timecounter;
 634         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 635         count = tco_delta(tc);
 636         delta = tc->tc_offset_nano;
 637         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 638         delta >>= 32;
 639         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 640         delta += boottime.tv_usec * 1000;
 641         ts->tv_sec += boottime.tv_sec;
 642         while (delta < 0) {
 643                 delta += 1000000000;
 644                 if (ts->tv_sec > 0)
 645                         ts->tv_sec--;
 646         }
 647         while (delta >= 1000000000) {
 648                 delta -= 1000000000;
 649                 ts->tv_sec++;
 650         }
 651         ts->tv_nsec = delta;
 652 }
 653
 654 void
 655 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
 656 {
 657         struct timecounter *tc;
 658
 659         if (!tco_method) {
 660                 tc = timecounter;
 661                 tvp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 662                 tvp->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 663         } else {
 664                 microuptime(tvp);
 665         }
 666 }
 667
 668 void
 669 getnanouptime(struct timespec *tsp)
 670 {
 671         struct timecounter *tc;
 672
 673         if (!tco_method) {
 674                 tc = timecounter;
 675                 tsp->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 676                 tsp->tv_nsec = tc->tc_offset_nano >> 32;
 677         } else {
 678                 nanouptime(tsp);
 679         }
 680 }
 681
 682 void
 683 microuptime(struct timeval *tv)
 684 {
 685         struct timecounter *tc;
 686
 687         tc = timecounter;
 688         tv->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 689         tv->tv_usec = tc->tc_offset_micro;
 690         tv->tv_usec += ((u_int64_t)tco_delta(tc) * tc->tc_scale_micro) >> 32;
 691         while (tv->tv_usec < 0) {
 692                 tv->tv_usec += 1000000;
 693                 if (tv->tv_sec > 0)
 694                         tv->tv_sec--;
 695         }
 696         while (tv->tv_usec >= 1000000) {
 697                 tv->tv_usec -= 1000000;
 698                 tv->tv_sec++;
 699         }
 700 }
 701
 702 void
 703 nanouptime(struct timespec *ts)
 704 {
 705         unsigned count;
 706         u_int64_t delta;
 707         struct timecounter *tc;
 708
 709         tc = timecounter;
 710         ts->tv_sec = tc->tc_offset_sec;
 711         count = tco_delta(tc);
 712         delta = tc->tc_offset_nano;
 713         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_f);
 714         delta >>= 32;
 715         delta += ((u_int64_t)count * tc->tc_scale_nano_i);
 716         while (delta < 0) {
 717                 delta += 1000000000;
 718                 if (ts->tv_sec > 0)
 719                         ts->tv_sec--;
 720         }
 721         while (delta >= 1000000000) {
 722                 delta -= 1000000000;
 723                 ts->tv_sec++;
 724         }
 725         ts->tv_nsec = delta;
 726 }
 727
 728 static void
 729 tco_setscales(struct timecounter *tc)
 730 {
 731         u_int64_t scale;
 732
 733         scale = 1000000000LL << 32;
 734         scale += tc->tc_adjustment;
 735         scale /= tc->tc_tweak->tc_frequency;
 736         tc->tc_scale_micro = scale / 1000;
 737         tc->tc_scale_nano_f = scale & 0xffffffff;
 738         tc->tc_scale_nano_i = scale >> 32;
 739 }
 740
 741 void
 742 update_timecounter(struct timecounter *tc)
 743 {
 744         tco_setscales(tc);
 745 }
 746
 747 void
 748 init_timecounter(struct timecounter *tc)
 749 {
 750         struct timespec ts1;
 751         struct timecounter *t1, *t2, *t3;
 752         unsigned u;
 753         int i;
 754
 755         u = tc->tc_frequency / tc->tc_counter_mask;
 756         if (u > hz) {
 757                 printf("Timecounter \"%s\" frequency %lu Hz"
 758                        " -- Insufficient hz, needs at least %u\n",
 759                        tc->tc_name, (u_long) tc->tc_frequency, u);
 760                 return;
 761         }
 762
 763         tc->tc_adjustment = 0;
 764         tc->tc_tweak = tc;
 765         tco_setscales(tc);
 766         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 767         if (timecounter == &dummy_timecounter)
 768                 tc->tc_avail = tc;
 769         else {
 770                 tc->tc_avail = timecounter->tc_tweak->tc_avail;
 771                 timecounter->tc_tweak->tc_avail = tc;
 772         }
 773         MALLOC(t1, struct timecounter *, sizeof *t1, M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 774         tc->tc_other = t1;
 775         *t1 = *tc;
 776         t2 = t1;
 777         for (i = 1; i < NTIMECOUNTER; i++) {
 778                 MALLOC(t3, struct timecounter *, sizeof *t3,
 779                     M_TIMECOUNTER, M_WAITOK);
 780                 *t3 = *tc;
 781                 t3->tc_other = t2;
 782                 t2 = t3;
 783         }
 784         t1->tc_other = t3;
 785         tc = t1;
 786
 787         printf("Timecounter \"%s\"  frequency %lu Hz\n",
 788             tc->tc_name, (u_long)tc->tc_frequency);
 789
 790         /* XXX: For now always start using the counter. */
 791         tc->tc_offset_count = tc->tc_get_timecount(tc);
 792         nanouptime(&ts1);
 793         tc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts1.tv_nsec << 32;
 794         tc->tc_offset_micro = ts1.tv_nsec / 1000;
 795         tc->tc_offset_sec = ts1.tv_sec;
 796         timecounter = tc;
 797 }
 798
 799 void
 800 set_timecounter(struct timespec *ts)
 801 {
 802         struct timespec ts2;
 803
 804         nanouptime(&ts2);
 805         boottime.tv_sec = ts->tv_sec - ts2.tv_sec;
 806         boottime.tv_usec = (ts->tv_nsec - ts2.tv_nsec) / 1000;
 807         if (boottime.tv_usec < 0) {
 808                 boottime.tv_usec += 1000000;
 809                 boottime.tv_sec--;
 810         }
 811         /* fiddle all the little crinkly bits around the fiords... */
 812         tco_forward(1);
 813 }
 814
 815 static void
 816 switch_timecounter(struct timecounter *newtc)
 817 {
 818         int s;
 819         struct timecounter *tc;
 820         struct timespec ts;
 821
 822         s = splclock();
 823         tc = timecounter;
 824         if (newtc->tc_tweak == tc->tc_tweak) {
 825                 splx(s);
 826                 return;
 827         }
 828         newtc = newtc->tc_tweak->tc_other;
 829         nanouptime(&ts);
 830         newtc->tc_offset_sec = ts.tv_sec;
 831         newtc->tc_offset_nano = (u_int64_t)ts.tv_nsec << 32;
 832         newtc->tc_offset_micro = ts.tv_nsec / 1000;
 833         newtc->tc_offset_count = newtc->tc_get_timecount(newtc);
 834         tco_setscales(newtc);
 835         timecounter = newtc;
 836         splx(s);
 837 }
 838
 839 static struct timecounter *
 840 sync_other_counter(void)
 841 {
 842         struct timecounter *tc, *tcn, *tco;
 843         unsigned delta;
 844
 845         tco = timecounter;
 846         tc = tco->tc_other;
 847         tcn = tc->tc_other;
 848         *tc = *tco;
 849         tc->tc_other = tcn;
 850         delta = tco_delta(tc);
 851         tc->tc_offset_count += delta;
 852         tc->tc_offset_count &= tc->tc_counter_mask;
 853         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_f;
 854         tc->tc_offset_nano += (u_int64_t)delta * tc->tc_scale_nano_i << 32;
 855         return (tc);
 856 }
 857
 858 static void
 859 tco_forward(int force)
 860 {
 861         struct timecounter *tc, *tco;
 862         struct timeval tvt;
 863
 864         tco = timecounter;
 865         tc = sync_other_counter();
 866         /*
 867          * We may be inducing a tiny error here, the tc_poll_pps() may
 868          * process a latched count which happens after the tco_delta()
 869          * in sync_other_counter(), which would extend the previous
 870          * counters parameters into the domain of this new one.
 871          * Since the timewindow is very small for this, the error is
 872          * going to be only a few weenieseconds (as Dave Mills would
 873          * say), so lets just not talk more about it, OK ?
 874          */
 875         if (tco->tc_poll_pps)
 876                 tco->tc_poll_pps(tco);
 877         if (timedelta != 0) {
 878                 tvt = boottime;
 879                 tvt.tv_usec += tickdelta;
 880                 if (tvt.tv_usec >= 1000000) {
 881                         tvt.tv_sec++;
 882                         tvt.tv_usec -= 1000000;
 883                 } else if (tvt.tv_usec < 0) {
 884                         tvt.tv_sec--;
 885                         tvt.tv_usec += 1000000;
 886                 }
 887                 boottime = tvt;
 888                 timedelta -= tickdelta;
 889         }
 890
 891         while (tc->tc_offset_nano >= 1000000000ULL << 32) {
 892                 tc->tc_offset_nano -= 1000000000ULL << 32;
 893                 tc->tc_offset_sec++;
 894                 ntp_update_second(tc);  /* XXX only needed if xntpd runs */
 895                 tco_setscales(tc);
 896                 force++;
 897         }
 898
 899         if (tco_method && !force)
 900                 return;
 901
 902         tc->tc_offset_micro = (tc->tc_offset_nano / 1000) >> 32;
 903
 904         /* Figure out the wall-clock time */
 905         tc->tc_nanotime.tv_sec = tc->tc_offset_sec + boottime.tv_sec;
 906         tc->tc_nanotime.tv_nsec =
 907             (tc->tc_offset_nano >> 32) + boottime.tv_usec * 1000;
 908         tc->tc_microtime.tv_usec = tc->tc_offset_micro + boottime.tv_usec;
 909         while (tc->tc_nanotime.tv_nsec >= 1000000000) {
 910                 tc->tc_nanotime.tv_nsec -= 1000000000;
 911                 tc->tc_microtime.tv_usec -= 1000000;
 912                 tc->tc_nanotime.tv_sec++;
 913         }
 914         time_second = tc->tc_microtime.tv_sec = tc->tc_nanotime.tv_sec;
 915
 916         timecounter = tc;
 917 }
 918
 919 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, timecounter, CTLFLAG_RW, 0, "");
 920
 921 SYSCTL_INT(_kern_timecounter, OID_AUTO, method, CTLFLAG_RW, &tco_method, 0,
 922     "This variable determines the method used for updating timecounters. "
 923     "If the default algorithm (0) fails with \"calcru negative...\" messages "
 924     "try the alternate algorithm (1) which handles bad hardware better."
 925
 926 );
 927
 928 static int
 929 sysctl_kern_timecounter_hardware(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 930 {
 931         char newname[32];
 932         struct timecounter *newtc, *tc;
 933         int error;
 934
 935         tc = timecounter->tc_tweak;
 936         strncpy(newname, tc->tc_name, sizeof(newname));
 937         error = sysctl_handle_string(oidp, &newname[0], sizeof(newname), req);
 938         if (error == 0 && req->newptr != NULL &&
 939             strcmp(newname, tc->tc_name) != 0) {
 940                 for (newtc = tc->tc_avail; newtc != tc;
 941                     newtc = newtc->tc_avail) {
 942                         if (strcmp(newname, newtc->tc_name) == 0) {
 943                                 /* Warm up new timecounter. */
 944                                 (void)newtc->tc_get_timecount(newtc);
 945
 946                                 switch_timecounter(newtc);
 947                                 return (0);
 948                         }
 949                 }
 950                 return (EINVAL);
 951         }
 952         return (error);
 953 }
 954
 955 SYSCTL_PROC(_kern_timecounter, OID_AUTO, hardware, CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
 956     0, 0, sysctl_kern_timecounter_hardware, "A", "");
 957
 958
 959 int
 960 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
 961 {
 962         pps_params_t *app;
 963         struct pps_fetch_args *fapi;
 964 #ifdef PPS_SYNC
 965         struct pps_kcbind_args *kapi;
 966 #endif
 967
 968         switch (cmd) {
 969         case PPS_IOC_CREATE:
 970                 return (0);
 971         case PPS_IOC_DESTROY:
 972                 return (0);
 973         case PPS_IOC_SETPARAMS:
 974                 app = (pps_params_t *)data;
 975                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
 976                         return (EINVAL);
 977                 pps->ppsparam = *app;
 978                 return (0);
 979         case PPS_IOC_GETPARAMS:
 980                 app = (pps_params_t *)data;
 981                 *app = pps->ppsparam;
 982                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
 983                 return (0);
 984         case PPS_IOC_GETCAP:
 985                 *(int*)data = pps->ppscap;
 986                 return (0);
 987         case PPS_IOC_FETCH:
 988                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
 989                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
 990                         return (EINVAL);
 991                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
 992                         return (EOPNOTSUPP);
 993                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
 994                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
 995                 return (0);
 996         case PPS_IOC_KCBIND:
 997 #ifdef PPS_SYNC
 998                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
 999                 /* XXX Only root should be able to do this */
1000                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1001                         return (EINVAL);
1002                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1003                         return (EINVAL);
1004                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1005                         return (EINVAL);
1006                 pps->kcmode = kapi->edge;
1007                 return (0);
1008 #else
1009                 return (EOPNOTSUPP);
1010 #endif
1011         default:
1012                 return (ENOTTY);
1013         }
1014 }
1015
1016 void
1017 pps_init(struct pps_state *pps)
1018 {
1019         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1020         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1021                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1022         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1023                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1024 }
1025
1026 void
1027 pps_event(struct pps_state *pps, struct timecounter *tc, unsigned count, int event)
1028 {
1029         struct timespec ts, *tsp, *osp;
1030         u_int64_t delta;
1031         unsigned tcount, *pcount;
1032         int foff, fhard;
1033         pps_seq_t       *pseq;
1034
1035         /* Things would be easier with arrays... */
1036         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1037                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1038                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1039                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1040                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1041                 pcount = &pps->ppscount[0];
1042                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1043         } else {
1044                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1045                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1046                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1047                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1048                 pcount = &pps->ppscount[1];
1049                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1050         }
1051
1052         /* The timecounter changed: bail */
1053         if (!pps->ppstc ||
1054             pps->ppstc->tc_name != tc->tc_name ||
1055             tc->tc_name != timecounter->tc_name) {
1056                 pps->ppstc = tc;
1057                 *pcount = count;
1058                 return;
1059         }
1060
1061         /* Nothing really happened */
1062         if (*pcount == count)
1063                 return;
1064
1065         *pcount = count;
1066
1067         /* Convert the count to timespec */
1068         ts.tv_sec = tc->tc_offset_sec;
1069         tcount = count - tc->tc_offset_count;
1070         tcount &= tc->tc_counter_mask;
1071         delta = tc->tc_offset_nano;
1072         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_f);
1073         delta >>= 32;
1074         delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_scale_nano_i);
1075         delta += boottime.tv_usec * 1000;
1076         ts.tv_sec += boottime.tv_sec;
1077         while (delta >= 1000000000) {
1078                 delta -= 1000000000;
1079                 ts.tv_sec++;
1080         }
1081         ts.tv_nsec = delta;
1082
1083         (*pseq)++;
1084         *tsp = ts;
1085
1086         if (foff) {
1087                 timespecadd(tsp, osp);
1088                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1089                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1090                         tsp->tv_sec -= 1;
1091                 }
1092         }
1093 #ifdef PPS_SYNC
1094         if (fhard) {
1095                 /* magic, at its best... */
1096                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1097                 pps->ppscount[2] = count;
1098                 tcount &= tc->tc_counter_mask;
1099                 delta = ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_f);
1100                 delta >>= 32;
1101                 delta += ((u_int64_t)tcount * tc->tc_tweak->tc_scale_nano_i);
1102                 hardpps(tsp, delta);
1103         }
1104 #endif
1105 }