sys/kern/kern_clock.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003,2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  * Copyright (c) 1997, 1998 Poul-Henning Kamp <phk@FreeBSD.org>
  35  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991, 1993
  36  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
  37  * (c) UNIX System Laboratories, Inc.
  38  * All or some portions of this file are derived from material licensed
  39  * to the University of California by American Telephone and Telegraph
  40  * Co. or Unix System Laboratories, Inc. and are reproduced herein with
  41  * the permission of UNIX System Laboratories, Inc.
  42  *
  43  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  44  * modification, are permitted provided that the following conditions
  45  * are met:
  46  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  47  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  48  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  49  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  50  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  51  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  52  *    must display the following acknowledgement:
  53  *      This product includes software developed by the University of
  54  *      California, Berkeley and its contributors.
  55  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  56  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  57  *    without specific prior written permission.
  58  *
  59  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  60  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  61  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  62  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  63  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  64  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  65  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  66  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  67  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  68  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  69  * SUCH DAMAGE.
  70  *
  71  *      @(#)kern_clock.c        8.5 (Berkeley) 1/21/94
  72  * $FreeBSD: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.105.2.10 2002/10/17 13:19:40 maxim Exp $
  73  * $DragonFly: src/sys/kern/kern_clock.c,v 1.62 2008/09/09 04:06:13 dillon Exp $
  74  */
  75
  76 #include "opt_ntp.h"
  77 #include "opt_polling.h"
  78 #include "opt_ifpoll.h"
  79 #include "opt_pctrack.h"
  80
  81 #include <sys/param.h>
  82 #include <sys/systm.h>
  83 #include <sys/callout.h>
  84 #include <sys/kernel.h>
  85 #include <sys/kinfo.h>
  86 #include <sys/proc.h>
  87 #include <sys/malloc.h>
  88 #include <sys/resourcevar.h>
  89 #include <sys/signalvar.h>
  90 #include <sys/timex.h>
  91 #include <sys/timepps.h>
  92 #include <vm/vm.h>
  93 #include <sys/lock.h>
  94 #include <vm/pmap.h>
  95 #include <vm/vm_map.h>
  96 #include <vm/vm_extern.h>
  97 #include <sys/sysctl.h>
  98
  99 #include <sys/thread2.h>
 100
 101 #include <machine/cpu.h>
 102 #include <machine/limits.h>
 103 #include <machine/smp.h>
 104 #include <machine/cpufunc.h>
 105 #include <machine/specialreg.h>
 106 #include <machine/clock.h>
 107
 108 #ifdef GPROF
 109 #include <sys/gmon.h>
 110 #endif
 111
 112 #ifdef DEVICE_POLLING
 113 extern void init_device_poll_pcpu(int);
 114 #endif
 115
 116 #ifdef IFPOLL_ENABLE
 117 extern void ifpoll_init_pcpu(int);
 118 #endif
 119
 120 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 121 static void do_pctrack(struct intrframe *frame, int which);
 122 #endif
 123
 124 static void initclocks (void *dummy);
 125 SYSINIT(clocks, SI_BOOT2_CLOCKS, SI_ORDER_FIRST, initclocks, NULL)
 126
 127 /*
 128  * Some of these don't belong here, but it's easiest to concentrate them.
 129  * Note that cpu_time counts in microseconds, but most userland programs
 130  * just compare relative times against the total by delta.
 131  */
 132 struct kinfo_cputime cputime_percpu[MAXCPU];
 133 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 134 struct kinfo_pcheader cputime_pcheader = { PCTRACK_SIZE, PCTRACK_ARYSIZE };
 135 struct kinfo_pctrack cputime_pctrack[MAXCPU][PCTRACK_SIZE];
 136 #endif
 137
 138 #ifdef SMP
 139 static int
 140 sysctl_cputime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 141 {
 142         int cpu, error = 0;
 143         size_t size = sizeof(struct kinfo_cputime);
 144
 145         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 146                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_percpu[cpu], size)))
 147                         break;
 148         }
 149
 150         return (error);
 151 }
 152 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cputime, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 153         sysctl_cputime, "S,kinfo_cputime", "CPU time statistics");
 154 #else
 155 SYSCTL_STRUCT(_kern, OID_AUTO, cputime, CTLFLAG_RD, &cpu_time, kinfo_cputime,
 156     "CPU time statistics");
 157 #endif
 158
 159 static int
 160 sysctl_cp_time(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 161 {
 162         long cpu_states[5] = {0};
 163         int cpu, error = 0;
 164         size_t size = sizeof(cpu_states);
 165
 166         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 167                 cpu_states[0] += cputime_percpu[cpu].cp_user;
 168                 cpu_states[1] += cputime_percpu[cpu].cp_nice;
 169                 cpu_states[2] += cputime_percpu[cpu].cp_sys;
 170                 cpu_states[3] += cputime_percpu[cpu].cp_intr;
 171                 cpu_states[4] += cputime_percpu[cpu].cp_idle;
 172         }
 173
 174         error = SYSCTL_OUT(req, cpu_states, size);
 175
 176         return (error);
 177 }
 178
 179 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, cp_time, (CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 180         sysctl_cp_time, "LU", "CPU time statistics");
 181
 182 /*
 183  * boottime is used to calculate the 'real' uptime.  Do not confuse this with
 184  * microuptime().  microtime() is not drift compensated.  The real uptime
 185  * with compensation is nanotime() - bootime.  boottime is recalculated
 186  * whenever the real time is set based on the compensated elapsed time
 187  * in seconds (gd->gd_time_seconds).
 188  *
 189  * The gd_time_seconds and gd_cpuclock_base fields remain fairly monotonic.
 190  * Slight adjustments to gd_cpuclock_base are made to phase-lock it to
 191  * the real time.
 192  */
 193 struct timespec boottime;       /* boot time (realtime) for reference only */
 194 time_t time_second;             /* read-only 'passive' uptime in seconds */
 195
 196 /*
 197  * basetime is used to calculate the compensated real time of day.  The
 198  * basetime can be modified on a per-tick basis by the adjtime(),
 199  * ntp_adjtime(), and sysctl-based time correction APIs.
 200  *
 201  * Note that frequency corrections can also be made by adjusting
 202  * gd_cpuclock_base.
 203  *
 204  * basetime is a tail-chasing FIFO, updated only by cpu #0.  The FIFO is
 205  * used on both SMP and UP systems to avoid MP races between cpu's and
 206  * interrupt races on UP systems.
 207  */
 208 #define BASETIME_ARYSIZE        16
 209 #define BASETIME_ARYMASK        (BASETIME_ARYSIZE - 1)
 210 static struct timespec basetime[BASETIME_ARYSIZE];
 211 static volatile int basetime_index;
 212
 213 static int
 214 sysctl_get_basetime(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 215 {
 216         struct timespec *bt;
 217         int error;
 218         int index;
 219
 220         /*
 221          * Because basetime data and index may be updated by another cpu,
 222          * a load fence is required to ensure that the data we read has
 223          * not been speculatively read relative to a possibly updated index.
 224          */
 225         index = basetime_index;
 226         cpu_lfence();
 227         bt = &basetime[index];
 228         error = SYSCTL_OUT(req, bt, sizeof(*bt));
 229         return (error);
 230 }
 231
 232 SYSCTL_STRUCT(_kern, KERN_BOOTTIME, boottime, CTLFLAG_RD,
 233     &boottime, timespec, "System boottime");
 234 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, basetime, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD, 0, 0,
 235     sysctl_get_basetime, "S,timespec", "System basetime");
 236
 237 static void hardclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
 238 static void statclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
 239 static void schedclock(systimer_t info, int, struct intrframe *frame);
 240 static void getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp);
 241
 242 int     ticks;                  /* system master ticks at hz */
 243 int     clocks_running;         /* tsleep/timeout clocks operational */
 244 int64_t nsec_adj;               /* ntpd per-tick adjustment in nsec << 32 */
 245 int64_t nsec_acc;               /* accumulator */
 246
 247 /* NTPD time correction fields */
 248 int64_t ntp_tick_permanent;     /* per-tick adjustment in nsec << 32 */
 249 int64_t ntp_tick_acc;           /* accumulator for per-tick adjustment */
 250 int64_t ntp_delta;              /* one-time correction in nsec */
 251 int64_t ntp_big_delta = 1000000000;
 252 int32_t ntp_tick_delta;         /* current adjustment rate */
 253 int32_t ntp_default_tick_delta; /* adjustment rate for ntp_delta */
 254 time_t  ntp_leap_second;        /* time of next leap second */
 255 int     ntp_leap_insert;        /* whether to insert or remove a second */
 256
 257 /*
 258  * Finish initializing clock frequencies and start all clocks running.
 259  */
 260 /* ARGSUSED*/
 261 static void
 262 initclocks(void *dummy)
 263 {
 264         /*psratio = profhz / stathz;*/
 265         initclocks_pcpu();
 266         clocks_running = 1;
 267 }
 268
 269 /*
 270  * Called on a per-cpu basis
 271  */
 272 void
 273 initclocks_pcpu(void)
 274 {
 275         struct globaldata *gd = mycpu;
 276
 277         crit_enter();
 278         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 279             gd->gd_time_seconds = 1;
 280             gd->gd_cpuclock_base = sys_cputimer->count();
 281         } else {
 282             /* XXX */
 283             gd->gd_time_seconds = globaldata_find(0)->gd_time_seconds;
 284             gd->gd_cpuclock_base = globaldata_find(0)->gd_cpuclock_base;
 285         }
 286
 287         systimer_intr_enable();
 288
 289 #ifdef DEVICE_POLLING
 290         init_device_poll_pcpu(gd->gd_cpuid);
 291 #endif
 292
 293 #ifdef IFPOLL_ENABLE
 294         ifpoll_init_pcpu(gd->gd_cpuid);
 295 #endif
 296
 297         /*
 298          * Use a non-queued periodic systimer to prevent multiple ticks from
 299          * building up if the sysclock jumps forward (8254 gets reset).  The
 300          * sysclock will never jump backwards.  Our time sync is based on
 301          * the actual sysclock, not the ticks count.
 302          */
 303         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_hardclock, hardclock, NULL, hz);
 304         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_statclock, statclock, NULL, stathz);
 305         /* XXX correct the frequency for scheduler / estcpu tests */
 306         systimer_init_periodic_nq(&gd->gd_schedclock, schedclock,
 307                                 NULL, ESTCPUFREQ);
 308         crit_exit();
 309 }
 310
 311 /*
 312  * This sets the current real time of day.  Timespecs are in seconds and
 313  * nanoseconds.  We do not mess with gd_time_seconds and gd_cpuclock_base,
 314  * instead we adjust basetime so basetime + gd_* results in the current
 315  * time of day.  This way the gd_* fields are guarenteed to represent
 316  * a monotonically increasing 'uptime' value.
 317  *
 318  * When set_timeofday() is called from userland, the system call forces it
 319  * onto cpu #0 since only cpu #0 can update basetime_index.
 320  */
 321 void
 322 set_timeofday(struct timespec *ts)
 323 {
 324         struct timespec *nbt;
 325         int ni;
 326
 327         /*
 328          * XXX SMP / non-atomic basetime updates
 329          */
 330         crit_enter();
 331         ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 332         nbt = &basetime[ni];
 333         nanouptime(nbt);
 334         nbt->tv_sec = ts->tv_sec - nbt->tv_sec;
 335         nbt->tv_nsec = ts->tv_nsec - nbt->tv_nsec;
 336         if (nbt->tv_nsec < 0) {
 337             nbt->tv_nsec += 1000000000;
 338             --nbt->tv_sec;
 339         }
 340
 341         /*
 342          * Note that basetime diverges from boottime as the clock drift is
 343          * compensated for, so we cannot do away with boottime.  When setting
 344          * the absolute time of day the drift is 0 (for an instant) and we
 345          * can simply assign boottime to basetime.
 346          *
 347          * Note that nanouptime() is based on gd_time_seconds which is drift
 348          * compensated up to a point (it is guarenteed to remain monotonically
 349          * increasing).  gd_time_seconds is thus our best uptime guess and
 350          * suitable for use in the boottime calculation.  It is already taken
 351          * into account in the basetime calculation above.
 352          */
 353         boottime.tv_sec = nbt->tv_sec;
 354         ntp_delta = 0;
 355
 356         /*
 357          * We now have a new basetime, make sure all other cpus have it,
 358          * then update the index.
 359          */
 360         cpu_sfence();
 361         basetime_index = ni;
 362
 363         crit_exit();
 364 }
 365
 366 /*
 367  * Each cpu has its own hardclock, but we only increments ticks and softticks
 368  * on cpu #0.
 369  *
 370  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 371  * manipulate objects owned by the current cpu.
 372  */
 373 static void
 374 hardclock(systimer_t info, int in_ipi __unused, struct intrframe *frame)
 375 {
 376         sysclock_t cputicks;
 377         struct proc *p;
 378         struct globaldata *gd = mycpu;
 379
 380         /*
 381          * Realtime updates are per-cpu.  Note that timer corrections as
 382          * returned by microtime() and friends make an additional adjustment
 383          * using a system-wise 'basetime', but the running time is always
 384          * taken from the per-cpu globaldata area.  Since the same clock
 385          * is distributing (XXX SMP) to all cpus, the per-cpu timebases
 386          * stay in synch.
 387          *
 388          * Note that we never allow info->time (aka gd->gd_hardclock.time)
 389          * to reverse index gd_cpuclock_base, but that it is possible for
 390          * it to temporarily get behind in the seconds if something in the
 391          * system locks interrupts for a long period of time.  Since periodic
 392          * timers count events, though everything should resynch again
 393          * immediately.
 394          */
 395         cputicks = info->time - gd->gd_cpuclock_base;
 396         if (cputicks >= sys_cputimer->freq) {
 397                 ++gd->gd_time_seconds;
 398                 gd->gd_cpuclock_base += sys_cputimer->freq;
 399         }
 400
 401         /*
 402          * The system-wide ticks counter and NTP related timedelta/tickdelta
 403          * adjustments only occur on cpu #0.  NTP adjustments are accomplished
 404          * by updating basetime.
 405          */
 406         if (gd->gd_cpuid == 0) {
 407             struct timespec *nbt;
 408             struct timespec nts;
 409             int leap;
 410             int ni;
 411
 412             ++ticks;
 413
 414 #if 0
 415             if (tco->tc_poll_pps)
 416                 tco->tc_poll_pps(tco);
 417 #endif
 418
 419             /*
 420              * Calculate the new basetime index.  We are in a critical section
 421              * on cpu #0 and can safely play with basetime_index.  Start
 422              * with the current basetime and then make adjustments.
 423              */
 424             ni = (basetime_index + 1) & BASETIME_ARYMASK;
 425             nbt = &basetime[ni];
 426             *nbt = basetime[basetime_index];
 427
 428             /*
 429              * Apply adjtime corrections.  (adjtime() API)
 430              *
 431              * adjtime() only runs on cpu #0 so our critical section is
 432              * sufficient to access these variables.
 433              */
 434             if (ntp_delta != 0) {
 435                 nbt->tv_nsec += ntp_tick_delta;
 436                 ntp_delta -= ntp_tick_delta;
 437                 if ((ntp_delta > 0 && ntp_delta < ntp_tick_delta) ||
 438                     (ntp_delta < 0 && ntp_delta > ntp_tick_delta)) {
 439                         ntp_tick_delta = ntp_delta;
 440                 }
 441             }
 442
 443             /*
 444              * Apply permanent frequency corrections.  (sysctl API)
 445              */
 446             if (ntp_tick_permanent != 0) {
 447                 ntp_tick_acc += ntp_tick_permanent;
 448                 if (ntp_tick_acc >= (1LL << 32)) {
 449                     nbt->tv_nsec += ntp_tick_acc >> 32;
 450                     ntp_tick_acc -= (ntp_tick_acc >> 32) << 32;
 451                 } else if (ntp_tick_acc <= -(1LL << 32)) {
 452                     /* Negate ntp_tick_acc to avoid shifting the sign bit. */
 453                     nbt->tv_nsec -= (-ntp_tick_acc) >> 32;
 454                     ntp_tick_acc += ((-ntp_tick_acc) >> 32) << 32;
 455                 }
 456             }
 457
 458             if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 459                     nbt->tv_sec++;
 460                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 461             } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 462                     nbt->tv_sec--;
 463                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 464             }
 465
 466             /*
 467              * Another per-tick compensation.  (for ntp_adjtime() API)
 468              */
 469             if (nsec_adj != 0) {
 470                 nsec_acc += nsec_adj;
 471                 if (nsec_acc >= 0x100000000LL) {
 472                     nbt->tv_nsec += nsec_acc >> 32;
 473                     nsec_acc = (nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 474                 } else if (nsec_acc <= -0x100000000LL) {
 475                     nbt->tv_nsec -= -nsec_acc >> 32;
 476                     nsec_acc = -(-nsec_acc & 0xFFFFFFFFLL);
 477                 }
 478                 if (nbt->tv_nsec >= 1000000000) {
 479                     nbt->tv_nsec -= 1000000000;
 480                     ++nbt->tv_sec;
 481                 } else if (nbt->tv_nsec < 0) {
 482                     nbt->tv_nsec += 1000000000;
 483                     --nbt->tv_sec;
 484                 }
 485             }
 486
 487             /************************************************************
 488              *                  LEAP SECOND CORRECTION                  *
 489              ************************************************************
 490              *
 491              * Taking into account all the corrections made above, figure
 492              * out the new real time.  If the seconds field has changed
 493              * then apply any pending leap-second corrections.
 494              */
 495             getnanotime_nbt(nbt, &nts);
 496
 497             if (time_second != nts.tv_sec) {
 498                 /*
 499                  * Apply leap second (sysctl API).  Adjust nts for changes
 500                  * so we do not have to call getnanotime_nbt again.
 501                  */
 502                 if (ntp_leap_second) {
 503                     if (ntp_leap_second == nts.tv_sec) {
 504                         if (ntp_leap_insert) {
 505                             nbt->tv_sec++;
 506                             nts.tv_sec++;
 507                         } else {
 508                             nbt->tv_sec--;
 509                             nts.tv_sec--;
 510                         }
 511                         ntp_leap_second--;
 512                     }
 513                 }
 514
 515                 /*
 516                  * Apply leap second (ntp_adjtime() API), calculate a new
 517                  * nsec_adj field.  ntp_update_second() returns nsec_adj
 518                  * as a per-second value but we need it as a per-tick value.
 519                  */
 520                 leap = ntp_update_second(time_second, &nsec_adj);
 521                 nsec_adj /= hz;
 522                 nbt->tv_sec += leap;
 523                 nts.tv_sec += leap;
 524
 525                 /*
 526                  * Update the time_second 'approximate time' global.
 527                  */
 528                 time_second = nts.tv_sec;
 529             }
 530
 531             /*
 532              * Finally, our new basetime is ready to go live!
 533              */
 534             cpu_sfence();
 535             basetime_index = ni;
 536
 537             /*
 538              * Figure out how badly the system is starved for memory
 539              */
 540             vm_fault_ratecheck();
 541         }
 542
 543         /*
 544          * lwkt thread scheduler fair queueing
 545          */
 546         lwkt_fairq_schedulerclock(curthread);
 547
 548         /*
 549          * softticks are handled for all cpus
 550          */
 551         hardclock_softtick(gd);
 552
 553         /*
 554          * The LWKT scheduler will generally allow the current process to
 555          * return to user mode even if there are other runnable LWKT threads
 556          * running in kernel mode on behalf of a user process.  This will
 557          * ensure that those other threads have an opportunity to run in
 558          * fairly short order (but not instantly).
 559          */
 560         need_lwkt_resched();
 561
 562         /*
 563          * ITimer handling is per-tick, per-cpu.
 564          *
 565          * We must acquire the per-process token in order for ksignal()
 566          * to be non-blocking.
 567          */
 568         if ((p = curproc) != NULL && lwkt_trytoken(&p->p_token)) {
 569                 crit_enter_hard();
 570                 if (frame && CLKF_USERMODE(frame) &&
 571                     timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
 572                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], ustick) == 0)
 573                         ksignal(p, SIGVTALRM);
 574                 if (timevalisset(&p->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
 575                     itimerdecr(&p->p_timer[ITIMER_PROF], ustick) == 0)
 576                         ksignal(p, SIGPROF);
 577                 crit_exit_hard();
 578                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 579         }
 580         setdelayed();
 581 }
 582
 583 /*
 584  * The statistics clock typically runs at a 125Hz rate, and is intended
 585  * to be frequency offset from the hardclock (typ 100Hz).  It is per-cpu.
 586  *
 587  * NOTE! systimer! the MP lock might not be held here.  We can only safely
 588  * manipulate objects owned by the current cpu.
 589  *
 590  * The stats clock is responsible for grabbing a profiling sample.
 591  * Most of the statistics are only used by user-level statistics programs.
 592  * The main exceptions are p->p_uticks, p->p_sticks, p->p_iticks, and
 593  * p->p_estcpu.
 594  *
 595  * Like the other clocks, the stat clock is called from what is effectively
 596  * a fast interrupt, so the context should be the thread/process that got
 597  * interrupted.
 598  */
 599 static void
 600 statclock(systimer_t info, int in_ipi, struct intrframe *frame)
 601 {
 602 #ifdef GPROF
 603         struct gmonparam *g;
 604         int i;
 605 #endif
 606         thread_t td;
 607         struct proc *p;
 608         int bump;
 609         struct timeval tv;
 610         struct timeval *stv;
 611
 612         /*
 613          * How big was our timeslice relative to the last time?
 614          */
 615         microuptime(&tv);       /* mpsafe */
 616         stv = &mycpu->gd_stattv;
 617         if (stv->tv_sec == 0) {
 618             bump = 1;
 619         } else {
 620             bump = tv.tv_usec - stv->tv_usec +
 621                 (tv.tv_sec - stv->tv_sec) * 1000000;
 622             if (bump < 0)
 623                 bump = 0;
 624             if (bump > 1000000)
 625                 bump = 1000000;
 626         }
 627         *stv = tv;
 628
 629         td = curthread;
 630         p = td->td_proc;
 631
 632         if (frame && CLKF_USERMODE(frame)) {
 633                 /*
 634                  * Came from userland, handle user time and deal with
 635                  * possible process.
 636                  */
 637                 if (p && (p->p_flag & P_PROFIL))
 638                         addupc_intr(p, CLKF_PC(frame), 1);
 639                 td->td_uticks += bump;
 640
 641                 /*
 642                  * Charge the time as appropriate
 643                  */
 644                 if (p && p->p_nice > NZERO)
 645                         cpu_time.cp_nice += bump;
 646                 else
 647                         cpu_time.cp_user += bump;
 648         } else {
 649                 int intr_nest = mycpu->gd_intr_nesting_level;
 650
 651                 if (in_ipi) {
 652                         /*
 653                          * IPI processing code will bump gd_intr_nesting_level
 654                          * up by one, which breaks following CLKF_INTR testing,
 655                          * so we substract it by one here.
 656                          */
 657                         --intr_nest;
 658                 }
 659 #ifdef GPROF
 660                 /*
 661                  * Kernel statistics are just like addupc_intr, only easier.
 662                  */
 663                 g = &_gmonparam;
 664                 if (g->state == GMON_PROF_ON && frame) {
 665                         i = CLKF_PC(frame) - g->lowpc;
 666                         if (i < g->textsize) {
 667                                 i /= HISTFRACTION * sizeof(*g->kcount);
 668                                 g->kcount[i]++;
 669                         }
 670                 }
 671 #endif
 672                 /*
 673                  * Came from kernel mode, so we were:
 674                  * - handling an interrupt,
 675                  * - doing syscall or trap work on behalf of the current
 676                  *   user process, or
 677                  * - spinning in the idle loop.
 678                  * Whichever it is, charge the time as appropriate.
 679                  * Note that we charge interrupts to the current process,
 680                  * regardless of whether they are ``for'' that process,
 681                  * so that we know how much of its real time was spent
 682                  * in ``non-process'' (i.e., interrupt) work.
 683                  *
 684                  * XXX assume system if frame is NULL.  A NULL frame
 685                  * can occur if ipi processing is done from a crit_exit().
 686                  */
 687                 if (frame && CLKF_INTR(intr_nest))
 688                         td->td_iticks += bump;
 689                 else
 690                         td->td_sticks += bump;
 691
 692                 if (frame && CLKF_INTR(intr_nest)) {
 693 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 694                         do_pctrack(frame, PCTRACK_INT);
 695 #endif
 696                         cpu_time.cp_intr += bump;
 697                 } else {
 698                         if (td == &mycpu->gd_idlethread) {
 699                                 cpu_time.cp_idle += bump;
 700                         } else {
 701 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 702                                 if (frame)
 703                                         do_pctrack(frame, PCTRACK_SYS);
 704 #endif
 705                                 cpu_time.cp_sys += bump;
 706                         }
 707                 }
 708         }
 709 }
 710
 711 #ifdef DEBUG_PCTRACK
 712 /*
 713  * Sample the PC when in the kernel or in an interrupt.  User code can
 714  * retrieve the information and generate a histogram or other output.
 715  */
 716
 717 static void
 718 do_pctrack(struct intrframe *frame, int which)
 719 {
 720         struct kinfo_pctrack *pctrack;
 721
 722         pctrack = &cputime_pctrack[mycpu->gd_cpuid][which];
 723         pctrack->pc_array[pctrack->pc_index & PCTRACK_ARYMASK] =
 724                 (void *)CLKF_PC(frame);
 725         ++pctrack->pc_index;
 726 }
 727
 728 static int
 729 sysctl_pctrack(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 730 {
 731         struct kinfo_pcheader head;
 732         int error;
 733         int cpu;
 734         int ntrack;
 735
 736         head.pc_ntrack = PCTRACK_SIZE;
 737         head.pc_arysize = PCTRACK_ARYSIZE;
 738
 739         if ((error = SYSCTL_OUT(req, &head, sizeof(head))) != 0)
 740                 return (error);
 741
 742         for (cpu = 0; cpu < ncpus; ++cpu) {
 743                 for (ntrack = 0; ntrack < PCTRACK_SIZE; ++ntrack) {
 744                         error = SYSCTL_OUT(req, &cputime_pctrack[cpu][ntrack],
 745                                            sizeof(struct kinfo_pctrack));
 746                         if (error)
 747                                 break;
 748                 }
 749                 if (error)
 750                         break;
 751         }
 752         return (error);
 753 }
 754 SYSCTL_PROC(_kern, OID_AUTO, pctrack, (CTLTYPE_OPAQUE|CTLFLAG_RD), 0, 0,
 755         sysctl_pctrack, "S,kinfo_pcheader", "CPU PC tracking");
 756
 757 #endif
 758
 759 /*
 760  * The scheduler clock typically runs at a 50Hz rate.  NOTE! systimer,
 761  * the MP lock might not be held.  We can safely manipulate parts of curproc
 762  * but that's about it.
 763  *
 764  * Each cpu has its own scheduler clock.
 765  */
 766 static void
 767 schedclock(systimer_t info, int in_ipi __unused, struct intrframe *frame)
 768 {
 769         struct lwp *lp;
 770         struct rusage *ru;
 771         struct vmspace *vm;
 772         long rss;
 773
 774         if ((lp = lwkt_preempted_proc()) != NULL) {
 775                 /*
 776                  * Account for cpu time used and hit the scheduler.  Note
 777                  * that this call MUST BE MP SAFE, and the BGL IS NOT HELD
 778                  * HERE.
 779                  */
 780                 ++lp->lwp_cpticks;
 781                 lp->lwp_proc->p_usched->schedulerclock(lp, info->periodic,
 782                                                        info->time);
 783         }
 784         if ((lp = curthread->td_lwp) != NULL) {
 785                 /*
 786                  * Update resource usage integrals and maximums.
 787                  */
 788                 if ((ru = &lp->lwp_proc->p_ru) &&
 789                     (vm = lp->lwp_proc->p_vmspace) != NULL) {
 790                         ru->ru_ixrss += pgtok(vm->vm_tsize);
 791                         ru->ru_idrss += pgtok(vm->vm_dsize);
 792                         ru->ru_isrss += pgtok(vm->vm_ssize);
 793                         if (lwkt_trytoken(&vm->vm_map.token)) {
 794                                 rss = pgtok(vmspace_resident_count(vm));
 795                                 if (ru->ru_maxrss < rss)
 796                                         ru->ru_maxrss = rss;
 797                                 lwkt_reltoken(&vm->vm_map.token);
 798                         }
 799                 }
 800         }
 801 }
 802
 803 /*
 804  * Compute number of ticks for the specified amount of time.  The
 805  * return value is intended to be used in a clock interrupt timed
 806  * operation and guarenteed to meet or exceed the requested time.
 807  * If the representation overflows, return INT_MAX.  The minimum return
 808  * value is 1 ticks and the function will average the calculation up.
 809  * If any value greater then 0 microseconds is supplied, a value
 810  * of at least 2 will be returned to ensure that a near-term clock
 811  * interrupt does not cause the timeout to occur (degenerately) early.
 812  *
 813  * Note that limit checks must take into account microseconds, which is
 814  * done simply by using the smaller signed long maximum instead of
 815  * the unsigned long maximum.
 816  *
 817  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 818  * 10ms ticks is 248 days.
 819  */
 820 int
 821 tvtohz_high(struct timeval *tv)
 822 {
 823         int ticks;
 824         long sec, usec;
 825
 826         sec = tv->tv_sec;
 827         usec = tv->tv_usec;
 828         if (usec < 0) {
 829                 sec--;
 830                 usec += 1000000;
 831         }
 832         if (sec < 0) {
 833 #ifdef DIAGNOSTIC
 834                 if (usec > 0) {
 835                         sec++;
 836                         usec -= 1000000;
 837                 }
 838                 kprintf("tvtohz_high: negative time difference "
 839                         "%ld sec %ld usec\n",
 840                         sec, usec);
 841 #endif
 842                 ticks = 1;
 843         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 844                 ticks = (int)(sec * hz +
 845                             ((u_long)usec + (ustick - 1)) / ustick) + 1;
 846         } else {
 847                 ticks = INT_MAX;
 848         }
 849         return (ticks);
 850 }
 851
 852 int
 853 tstohz_high(struct timespec *ts)
 854 {
 855         int ticks;
 856         long sec, nsec;
 857
 858         sec = ts->tv_sec;
 859         nsec = ts->tv_nsec;
 860         if (nsec < 0) {
 861                 sec--;
 862                 nsec += 1000000000;
 863         }
 864         if (sec < 0) {
 865 #ifdef DIAGNOSTIC
 866                 if (nsec > 0) {
 867                         sec++;
 868                         nsec -= 1000000000;
 869                 }
 870                 kprintf("tstohz_high: negative time difference "
 871                         "%ld sec %ld nsec\n",
 872                         sec, nsec);
 873 #endif
 874                 ticks = 1;
 875         } else if (sec <= INT_MAX / hz) {
 876                 ticks = (int)(sec * hz +
 877                             ((u_long)nsec + (nstick - 1)) / nstick) + 1;
 878         } else {
 879                 ticks = INT_MAX;
 880         }
 881         return (ticks);
 882 }
 883
 884
 885 /*
 886  * Compute number of ticks for the specified amount of time, erroring on
 887  * the side of it being too low to ensure that sleeping the returned number
 888  * of ticks will not result in a late return.
 889  *
 890  * The supplied timeval may not be negative and should be normalized.  A
 891  * return value of 0 is possible if the timeval converts to less then
 892  * 1 tick.
 893  *
 894  * If ints have 32 bits, then the maximum value for any timeout in
 895  * 10ms ticks is 248 days.
 896  */
 897 int
 898 tvtohz_low(struct timeval *tv)
 899 {
 900         int ticks;
 901         long sec;
 902
 903         sec = tv->tv_sec;
 904         if (sec <= INT_MAX / hz)
 905                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)tv->tv_usec / ustick);
 906         else
 907                 ticks = INT_MAX;
 908         return (ticks);
 909 }
 910
 911 int
 912 tstohz_low(struct timespec *ts)
 913 {
 914         int ticks;
 915         long sec;
 916
 917         sec = ts->tv_sec;
 918         if (sec <= INT_MAX / hz)
 919                 ticks = (int)(sec * hz + (u_long)ts->tv_nsec / nstick);
 920         else
 921                 ticks = INT_MAX;
 922         return (ticks);
 923 }
 924
 925 /*
 926  * Start profiling on a process.
 927  *
 928  * Kernel profiling passes proc0 which never exits and hence
 929  * keeps the profile clock running constantly.
 930  */
 931 void
 932 startprofclock(struct proc *p)
 933 {
 934         if ((p->p_flag & P_PROFIL) == 0) {
 935                 p->p_flag |= P_PROFIL;
 936 #if 0   /* XXX */
 937                 if (++profprocs == 1 && stathz != 0) {
 938                         crit_enter();
 939                         psdiv = psratio;
 940                         setstatclockrate(profhz);
 941                         crit_exit();
 942                 }
 943 #endif
 944         }
 945 }
 946
 947 /*
 948  * Stop profiling on a process.
 949  */
 950 void
 951 stopprofclock(struct proc *p)
 952 {
 953         if (p->p_flag & P_PROFIL) {
 954                 p->p_flag &= ~P_PROFIL;
 955 #if 0   /* XXX */
 956                 if (--profprocs == 0 && stathz != 0) {
 957                         crit_enter();
 958                         psdiv = 1;
 959                         setstatclockrate(stathz);
 960                         crit_exit();
 961                 }
 962 #endif
 963         }
 964 }
 965
 966 /*
 967  * Return information about system clocks.
 968  */
 969 static int
 970 sysctl_kern_clockrate(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 971 {
 972         struct kinfo_clockinfo clkinfo;
 973         /*
 974          * Construct clockinfo structure.
 975          */
 976         clkinfo.ci_hz = hz;
 977         clkinfo.ci_tick = ustick;
 978         clkinfo.ci_tickadj = ntp_default_tick_delta / 1000;
 979         clkinfo.ci_profhz = profhz;
 980         clkinfo.ci_stathz = stathz ? stathz : hz;
 981         return (sysctl_handle_opaque(oidp, &clkinfo, sizeof clkinfo, req));
 982 }
 983
 984 SYSCTL_PROC(_kern, KERN_CLOCKRATE, clockrate, CTLTYPE_STRUCT|CTLFLAG_RD,
 985         0, 0, sysctl_kern_clockrate, "S,clockinfo","");
 986
 987 /*
 988  * We have eight functions for looking at the clock, four for
 989  * microseconds and four for nanoseconds.  For each there is fast
 990  * but less precise version "get{nano|micro}[up]time" which will
 991  * return a time which is up to 1/HZ previous to the call, whereas
 992  * the raw version "{nano|micro}[up]time" will return a timestamp
 993  * which is as precise as possible.  The "up" variants return the
 994  * time relative to system boot, these are well suited for time
 995  * interval measurements.
 996  *
 997  * Each cpu independantly maintains the current time of day, so all
 998  * we need to do to protect ourselves from changes is to do a loop
 999  * check on the seconds field changing out from under us.
1000  *
1001  * The system timer maintains a 32 bit count and due to various issues
1002  * it is possible for the calculated delta to occassionally exceed
1003  * sys_cputimer->freq.  If this occurs the sys_cputimer->freq64_nsec
1004  * multiplication can easily overflow, so we deal with the case.  For
1005  * uniformity we deal with the case in the usec case too.
1006  *
1007  * All the [get][micro,nano][time,uptime]() routines are MPSAFE.
1008  */
1009 void
1010 getmicrouptime(struct timeval *tvp)
1011 {
1012         struct globaldata *gd = mycpu;
1013         sysclock_t delta;
1014
1015         do {
1016                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1017                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1018         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1019
1020         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1021                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1022                 delta %= sys_cputimer->freq;
1023         }
1024         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1025         if (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1026                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1027                 ++tvp->tv_sec;
1028         }
1029 }
1030
1031 void
1032 getnanouptime(struct timespec *tsp)
1033 {
1034         struct globaldata *gd = mycpu;
1035         sysclock_t delta;
1036
1037         do {
1038                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1039                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1040         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1041
1042         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1043                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1044                 delta %= sys_cputimer->freq;
1045         }
1046         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1047 }
1048
1049 void
1050 microuptime(struct timeval *tvp)
1051 {
1052         struct globaldata *gd = mycpu;
1053         sysclock_t delta;
1054
1055         do {
1056                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1057                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1058         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1059
1060         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1061                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1062                 delta %= sys_cputimer->freq;
1063         }
1064         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1065 }
1066
1067 void
1068 nanouptime(struct timespec *tsp)
1069 {
1070         struct globaldata *gd = mycpu;
1071         sysclock_t delta;
1072
1073         do {
1074                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1075                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1076         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1077
1078         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1079                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1080                 delta %= sys_cputimer->freq;
1081         }
1082         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1083 }
1084
1085 /*
1086  * realtime routines
1087  */
1088 void
1089 getmicrotime(struct timeval *tvp)
1090 {
1091         struct globaldata *gd = mycpu;
1092         struct timespec *bt;
1093         sysclock_t delta;
1094
1095         do {
1096                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1097                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1098         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1099
1100         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1101                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1102                 delta %= sys_cputimer->freq;
1103         }
1104         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1105
1106         bt = &basetime[basetime_index];
1107         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1108         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1109         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1110                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1111                 ++tvp->tv_sec;
1112         }
1113 }
1114
1115 void
1116 getnanotime(struct timespec *tsp)
1117 {
1118         struct globaldata *gd = mycpu;
1119         struct timespec *bt;
1120         sysclock_t delta;
1121
1122         do {
1123                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1124                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1125         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1126
1127         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1128                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1129                 delta %= sys_cputimer->freq;
1130         }
1131         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1132
1133         bt = &basetime[basetime_index];
1134         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1135         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1136         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1137                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1138                 ++tsp->tv_sec;
1139         }
1140 }
1141
1142 static void
1143 getnanotime_nbt(struct timespec *nbt, struct timespec *tsp)
1144 {
1145         struct globaldata *gd = mycpu;
1146         sysclock_t delta;
1147
1148         do {
1149                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1150                 delta = gd->gd_hardclock.time - gd->gd_cpuclock_base;
1151         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1152
1153         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1154                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1155                 delta %= sys_cputimer->freq;
1156         }
1157         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1158
1159         tsp->tv_sec += nbt->tv_sec;
1160         tsp->tv_nsec += nbt->tv_nsec;
1161         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1162                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1163                 ++tsp->tv_sec;
1164         }
1165 }
1166
1167
1168 void
1169 microtime(struct timeval *tvp)
1170 {
1171         struct globaldata *gd = mycpu;
1172         struct timespec *bt;
1173         sysclock_t delta;
1174
1175         do {
1176                 tvp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1177                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1178         } while (tvp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1179
1180         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1181                 tvp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1182                 delta %= sys_cputimer->freq;
1183         }
1184         tvp->tv_usec = (sys_cputimer->freq64_usec * delta) >> 32;
1185
1186         bt = &basetime[basetime_index];
1187         tvp->tv_sec += bt->tv_sec;
1188         tvp->tv_usec += bt->tv_nsec / 1000;
1189         while (tvp->tv_usec >= 1000000) {
1190                 tvp->tv_usec -= 1000000;
1191                 ++tvp->tv_sec;
1192         }
1193 }
1194
1195 void
1196 nanotime(struct timespec *tsp)
1197 {
1198         struct globaldata *gd = mycpu;
1199         struct timespec *bt;
1200         sysclock_t delta;
1201
1202         do {
1203                 tsp->tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1204                 delta = sys_cputimer->count() - gd->gd_cpuclock_base;
1205         } while (tsp->tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1206
1207         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1208                 tsp->tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1209                 delta %= sys_cputimer->freq;
1210         }
1211         tsp->tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1212
1213         bt = &basetime[basetime_index];
1214         tsp->tv_sec += bt->tv_sec;
1215         tsp->tv_nsec += bt->tv_nsec;
1216         while (tsp->tv_nsec >= 1000000000) {
1217                 tsp->tv_nsec -= 1000000000;
1218                 ++tsp->tv_sec;
1219         }
1220 }
1221
1222 /*
1223  * note: this is not exactly synchronized with real time.  To do that we
1224  * would have to do what microtime does and check for a nanoseconds overflow.
1225  */
1226 time_t
1227 get_approximate_time_t(void)
1228 {
1229         struct globaldata *gd = mycpu;
1230         struct timespec *bt;
1231
1232         bt = &basetime[basetime_index];
1233         return(gd->gd_time_seconds + bt->tv_sec);
1234 }
1235
1236 int
1237 pps_ioctl(u_long cmd, caddr_t data, struct pps_state *pps)
1238 {
1239         pps_params_t *app;
1240         struct pps_fetch_args *fapi;
1241 #ifdef PPS_SYNC
1242         struct pps_kcbind_args *kapi;
1243 #endif
1244
1245         switch (cmd) {
1246         case PPS_IOC_CREATE:
1247                 return (0);
1248         case PPS_IOC_DESTROY:
1249                 return (0);
1250         case PPS_IOC_SETPARAMS:
1251                 app = (pps_params_t *)data;
1252                 if (app->mode & ~pps->ppscap)
1253                         return (EINVAL);
1254                 pps->ppsparam = *app;
1255                 return (0);
1256         case PPS_IOC_GETPARAMS:
1257                 app = (pps_params_t *)data;
1258                 *app = pps->ppsparam;
1259                 app->api_version = PPS_API_VERS_1;
1260                 return (0);
1261         case PPS_IOC_GETCAP:
1262                 *(int*)data = pps->ppscap;
1263                 return (0);
1264         case PPS_IOC_FETCH:
1265                 fapi = (struct pps_fetch_args *)data;
1266                 if (fapi->tsformat && fapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1267                         return (EINVAL);
1268                 if (fapi->timeout.tv_sec || fapi->timeout.tv_nsec)
1269                         return (EOPNOTSUPP);
1270                 pps->ppsinfo.current_mode = pps->ppsparam.mode;
1271                 fapi->pps_info_buf = pps->ppsinfo;
1272                 return (0);
1273         case PPS_IOC_KCBIND:
1274 #ifdef PPS_SYNC
1275                 kapi = (struct pps_kcbind_args *)data;
1276                 /* XXX Only root should be able to do this */
1277                 if (kapi->tsformat && kapi->tsformat != PPS_TSFMT_TSPEC)
1278                         return (EINVAL);
1279                 if (kapi->kernel_consumer != PPS_KC_HARDPPS)
1280                         return (EINVAL);
1281                 if (kapi->edge & ~pps->ppscap)
1282                         return (EINVAL);
1283                 pps->kcmode = kapi->edge;
1284                 return (0);
1285 #else
1286                 return (EOPNOTSUPP);
1287 #endif
1288         default:
1289                 return (ENOTTY);
1290         }
1291 }
1292
1293 void
1294 pps_init(struct pps_state *pps)
1295 {
1296         pps->ppscap |= PPS_TSFMT_TSPEC;
1297         if (pps->ppscap & PPS_CAPTUREASSERT)
1298                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETASSERT;
1299         if (pps->ppscap & PPS_CAPTURECLEAR)
1300                 pps->ppscap |= PPS_OFFSETCLEAR;
1301 }
1302
1303 void
1304 pps_event(struct pps_state *pps, sysclock_t count, int event)
1305 {
1306         struct globaldata *gd;
1307         struct timespec *tsp;
1308         struct timespec *osp;
1309         struct timespec *bt;
1310         struct timespec ts;
1311         sysclock_t *pcount;
1312 #ifdef PPS_SYNC
1313         sysclock_t tcount;
1314 #endif
1315         sysclock_t delta;
1316         pps_seq_t *pseq;
1317         int foff;
1318         int fhard;
1319
1320         gd = mycpu;
1321
1322         /* Things would be easier with arrays... */
1323         if (event == PPS_CAPTUREASSERT) {
1324                 tsp = &pps->ppsinfo.assert_timestamp;
1325                 osp = &pps->ppsparam.assert_offset;
1326                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETASSERT;
1327                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTUREASSERT;
1328                 pcount = &pps->ppscount[0];
1329                 pseq = &pps->ppsinfo.assert_sequence;
1330         } else {
1331                 tsp = &pps->ppsinfo.clear_timestamp;
1332                 osp = &pps->ppsparam.clear_offset;
1333                 foff = pps->ppsparam.mode & PPS_OFFSETCLEAR;
1334                 fhard = pps->kcmode & PPS_CAPTURECLEAR;
1335                 pcount = &pps->ppscount[1];
1336                 pseq = &pps->ppsinfo.clear_sequence;
1337         }
1338
1339         /* Nothing really happened */
1340         if (*pcount == count)
1341                 return;
1342
1343         *pcount = count;
1344
1345         do {
1346                 ts.tv_sec = gd->gd_time_seconds;
1347                 delta = count - gd->gd_cpuclock_base;
1348         } while (ts.tv_sec != gd->gd_time_seconds);
1349
1350         if (delta >= sys_cputimer->freq) {
1351                 ts.tv_sec += delta / sys_cputimer->freq;
1352                 delta %= sys_cputimer->freq;
1353         }
1354         ts.tv_nsec = (sys_cputimer->freq64_nsec * delta) >> 32;
1355         bt = &basetime[basetime_index];
1356         ts.tv_sec += bt->tv_sec;
1357         ts.tv_nsec += bt->tv_nsec;
1358         while (ts.tv_nsec >= 1000000000) {
1359                 ts.tv_nsec -= 1000000000;
1360                 ++ts.tv_sec;
1361         }
1362
1363         (*pseq)++;
1364         *tsp = ts;
1365
1366         if (foff) {
1367                 timespecadd(tsp, osp);
1368                 if (tsp->tv_nsec < 0) {
1369                         tsp->tv_nsec += 1000000000;
1370                         tsp->tv_sec -= 1;
1371                 }
1372         }
1373 #ifdef PPS_SYNC
1374         if (fhard) {
1375                 /* magic, at its best... */
1376                 tcount = count - pps->ppscount[2];
1377                 pps->ppscount[2] = count;
1378                 if (tcount >= sys_cputimer->freq) {
1379                         delta = (1000000000 * (tcount / sys_cputimer->freq) +
1380                                  sys_cputimer->freq64_nsec *
1381                                  (tcount % sys_cputimer->freq)) >> 32;
1382                 } else {
1383                         delta = (sys_cputimer->freq64_nsec * tcount) >> 32;
1384                 }
1385                 hardpps(tsp, delta);
1386         }
1387 #endif
1388 }
1389
1390 /*
1391  * Return the tsc target value for a delay of (ns).
1392  *
1393  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1394  */
1395 int64_t
1396 tsc_get_target(int ns)
1397 {
1398 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1399         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1400                 return (rdtsc() + tsc_frequency * ns / (int64_t)1000000000);
1401         }
1402 #endif
1403         return(-1);
1404 }
1405
1406 /*
1407  * Compare the tsc against the passed target
1408  *
1409  * Returns +1 if the target has been reached
1410  * Returns  0 if the target has not yet been reached
1411  * Returns -1 if the TSC is not supported.
1412  *
1413  * Typical use:         while (tsc_test_target(target) == 0) { ...poll... }
1414  */
1415 int
1416 tsc_test_target(int64_t target)
1417 {
1418 #if defined(_RDTSC_SUPPORTED_)
1419         if (cpu_feature & CPUID_TSC) {
1420                 if ((int64_t)(target - rdtsc()) <= 0)
1421                         return(1);
1422                 return(0);
1423         }
1424 #endif
1425         return(-1);
1426 }
1427
1428 /*
1429  * Delay the specified number of nanoseconds using the tsc.  This function
1430  * returns immediately if the TSC is not supported.  At least one cpu_pause()
1431  * will be issued.
1432  */
1433 void
1434 tsc_delay(int ns)
1435 {
1436         int64_t clk;
1437
1438         clk = tsc_get_target(ns);
1439         cpu_pause();
1440         while (tsc_test_target(clk) == 0)
1441                 cpu_pause();
1442 }