tick management: spread timer interrupt
[linux-2.6] / kernel / time / tick-sched.c
1 /*
2  *  linux/kernel/time/tick-sched.c
3  *
4  *  Copyright(C) 2005-2006, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
5  *  Copyright(C) 2005-2007, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
6  *  Copyright(C) 2006-2007  Timesys Corp., Thomas Gleixner
7  *
8  *  No idle tick implementation for low and high resolution timers
9  *
10  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
11  *
12  *  For licencing details see kernel-base/COPYING
13  */
14 #include <linux/cpu.h>
15 #include <linux/err.h>
16 #include <linux/hrtimer.h>
17 #include <linux/interrupt.h>
18 #include <linux/kernel_stat.h>
19 #include <linux/percpu.h>
20 #include <linux/profile.h>
21 #include <linux/sched.h>
22 #include <linux/tick.h>
23
24 #include <asm/irq_regs.h>
25
26 #include "tick-internal.h"
27
28 /*
29  * Per cpu nohz control structure
30  */
31 static DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
32
33 /*
34  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by xtime_lock.
35  */
36 static ktime_t last_jiffies_update;
37
38 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
39 {
40         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
41 }
42
43 /*
44  * Must be called with interrupts disabled !
45  */
46 static void tick_do_update_jiffies64(ktime_t now)
47 {
48         unsigned long ticks = 0;
49         ktime_t delta;
50
51         /* Reevalute with xtime_lock held */
52         write_seqlock(&xtime_lock);
53
54         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
55         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
56
57                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
58                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
59                                                 tick_period);
60
61                 /* Slow path for long timeouts */
62                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
63                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
64
65                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
66
67                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
68                                                            incr * ticks);
69                 }
70                 do_timer(++ticks);
71         }
72         write_sequnlock(&xtime_lock);
73 }
74
75 /*
76  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
77  */
78 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
79 {
80         ktime_t period;
81
82         write_seqlock(&xtime_lock);
83         /* Did we start the jiffies update yet ? */
84         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
85                 last_jiffies_update = tick_next_period;
86         period = last_jiffies_update;
87         write_sequnlock(&xtime_lock);
88         return period;
89 }
90
91 /*
92  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
93  */
94 #ifdef CONFIG_NO_HZ
95 /*
96  * NO HZ enabled ?
97  */
98 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
99
100 /*
101  * Enable / Disable tickless mode
102  */
103 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
104 {
105         if (!strcmp(str, "off"))
106                 tick_nohz_enabled = 0;
107         else if (!strcmp(str, "on"))
108                 tick_nohz_enabled = 1;
109         else
110                 return 0;
111         return 1;
112 }
113
114 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
115
116 /**
117  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
118  *
119  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
120  *
121  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
122  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
123  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
124  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
125  */
126 void tick_nohz_update_jiffies(void)
127 {
128         int cpu = smp_processor_id();
129         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
130         unsigned long flags;
131         ktime_t now;
132
133         if (!ts->tick_stopped)
134                 return;
135
136         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
137         now = ktime_get();
138
139         local_irq_save(flags);
140         tick_do_update_jiffies64(now);
141         local_irq_restore(flags);
142 }
143
144 /**
145  * tick_nohz_stop_sched_tick - stop the idle tick from the idle task
146  *
147  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
148  * Called either from the idle loop or from irq_exit() when an idle period was
149  * just interrupted by an interrupt which did not cause a reschedule.
150  */
151 void tick_nohz_stop_sched_tick(void)
152 {
153         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies, flags;
154         struct tick_sched *ts;
155         ktime_t last_update, expires, now, delta;
156         int cpu;
157
158         local_irq_save(flags);
159
160         cpu = smp_processor_id();
161         ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
162
163         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE))
164                 goto end;
165
166         if (need_resched())
167                 goto end;
168
169         cpu = smp_processor_id();
170         if (unlikely(local_softirq_pending())) {
171                 static int ratelimit;
172
173                 if (ratelimit < 10) {
174                         printk(KERN_ERR "NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
175                                local_softirq_pending());
176                         ratelimit++;
177                 }
178         }
179
180         now = ktime_get();
181         /*
182          * When called from irq_exit we need to account the idle sleep time
183          * correctly.
184          */
185         if (ts->tick_stopped) {
186                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
187                 ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
188         }
189
190         ts->idle_entrytime = now;
191         ts->idle_calls++;
192
193         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
194         do {
195                 seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
196                 last_update = last_jiffies_update;
197                 last_jiffies = jiffies;
198         } while (read_seqretry(&xtime_lock, seq));
199
200         /* Get the next timer wheel timer */
201         next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
202         delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
203
204         if (rcu_needs_cpu(cpu))
205                 delta_jiffies = 1;
206         /*
207          * Do not stop the tick, if we are only one off
208          * or if the cpu is required for rcu
209          */
210         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies == 1)
211                 goto out;
212
213         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
214         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
215
216                 if (delta_jiffies > 1)
217                         cpu_set(cpu, nohz_cpu_mask);
218                 /*
219                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
220                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
221                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
222                  * first call we save the current tick time, so we can restart
223                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
224                  */
225                 if (!ts->tick_stopped) {
226                         if (select_nohz_load_balancer(1)) {
227                                 /*
228                                  * sched tick not stopped!
229                                  */
230                                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
231                                 goto out;
232                         }
233
234                         ts->idle_tick = ts->sched_timer.expires;
235                         ts->tick_stopped = 1;
236                         ts->idle_jiffies = last_jiffies;
237                 }
238
239                 /*
240                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
241                  * give up the assignment and let it be taken by the
242                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
243                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
244                  * jiffies might be stale and do_timer() never
245                  * invoked.
246                  */
247                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
248                         tick_do_timer_cpu = -1;
249
250                 ts->idle_sleeps++;
251
252                 /*
253                  * delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals that
254                  * there is no timer pending or at least extremly far
255                  * into the future (12 days for HZ=1000). In this case
256                  * we simply stop the tick timer:
257                  */
258                 if (unlikely(delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
259                         ts->idle_expires.tv64 = KTIME_MAX;
260                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
261                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
262                         goto out;
263                 }
264
265                 /*
266                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
267                  * timer
268                  */
269                 expires = ktime_add_ns(last_update, tick_period.tv64 *
270                                        delta_jiffies);
271                 ts->idle_expires = expires;
272
273                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
274                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
275                                       HRTIMER_MODE_ABS);
276                         /* Check, if the timer was already in the past */
277                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
278                                 goto out;
279                 } else if(!tick_program_event(expires, 0))
280                                 goto out;
281                 /*
282                  * We are past the event already. So we crossed a
283                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
284                  * softirq.
285                  */
286                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
287                 cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
288         }
289         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
290 out:
291         ts->next_jiffies = next_jiffies;
292         ts->last_jiffies = last_jiffies;
293 end:
294         local_irq_restore(flags);
295 }
296
297 /**
298  * nohz_restart_sched_tick - restart the idle tick from the idle task
299  *
300  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
301  */
302 void tick_nohz_restart_sched_tick(void)
303 {
304         int cpu = smp_processor_id();
305         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
306         unsigned long ticks;
307         ktime_t now, delta;
308
309         if (!ts->tick_stopped)
310                 return;
311
312         /* Update jiffies first */
313         now = ktime_get();
314
315         local_irq_disable();
316         select_nohz_load_balancer(0);
317         tick_do_update_jiffies64(now);
318         cpu_clear(cpu, nohz_cpu_mask);
319
320         /* Account the idle time */
321         delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
322         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
323
324         /*
325          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
326          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
327          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
328          */
329         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
330         /*
331          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
332          */
333         if (ticks && ticks < LONG_MAX) {
334                 add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
335                 account_system_time(current, HARDIRQ_OFFSET,
336                                     jiffies_to_cputime(ticks));
337                 sub_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);
338         }
339
340         /*
341          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
342          */
343         ts->tick_stopped  = 0;
344         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
345         ts->sched_timer.expires = ts->idle_tick;
346
347         while (1) {
348                 /* Forward the time to expire in the future */
349                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
350
351                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
352                         hrtimer_start(&ts->sched_timer,
353                                       ts->sched_timer.expires,
354                                       HRTIMER_MODE_ABS);
355                         /* Check, if the timer was already in the past */
356                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
357                                 break;
358                 } else {
359                         if (!tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0))
360                                 break;
361                 }
362                 /* Update jiffies and reread time */
363                 tick_do_update_jiffies64(now);
364                 now = ktime_get();
365         }
366         local_irq_enable();
367 }
368
369 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
370 {
371         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
372         return tick_program_event(ts->sched_timer.expires, 0);
373 }
374
375 /*
376  * The nohz low res interrupt handler
377  */
378 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
379 {
380         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
381         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
382         int cpu = smp_processor_id();
383         ktime_t now = ktime_get();
384
385         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
386
387         /*
388          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
389          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
390          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
391          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
392          * xtime_lock.
393          */
394         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
395                 tick_do_timer_cpu = cpu;
396
397         /* Check, if the jiffies need an update */
398         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
399                 tick_do_update_jiffies64(now);
400
401         /*
402          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
403          * the watchdog as we might not schedule for a really long
404          * time. This happens on complete idle SMP systems while
405          * waiting on the login prompt. We also increment the "start
406          * of idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we
407          * do when we go busy again does not account too much ticks.
408          */
409         if (ts->tick_stopped) {
410                 touch_softlockup_watchdog();
411                 ts->idle_jiffies++;
412         }
413
414         update_process_times(user_mode(regs));
415         profile_tick(CPU_PROFILING);
416
417         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
418         if (ts->tick_stopped)
419                 return;
420
421         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
422                 now = ktime_get();
423                 tick_do_update_jiffies64(now);
424         }
425 }
426
427 /**
428  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
429  */
430 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
431 {
432         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
433         ktime_t next;
434
435         if (!tick_nohz_enabled)
436                 return;
437
438         local_irq_disable();
439         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
440                 local_irq_enable();
441                 return;
442         }
443
444         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
445
446         /*
447          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
448          * hrtimer_forward with the highres code.
449          */
450         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
451         /* Get the next period */
452         next = tick_init_jiffy_update();
453
454         for (;;) {
455                 ts->sched_timer.expires = next;
456                 if (!tick_program_event(next, 0))
457                         break;
458                 next = ktime_add(next, tick_period);
459         }
460         local_irq_enable();
461
462         printk(KERN_INFO "Switched to NOHz mode on CPU #%d\n",
463                smp_processor_id());
464 }
465
466 #else
467
468 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
469
470 #endif /* NO_HZ */
471
472 /*
473  * High resolution timer specific code
474  */
475 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
476 /*
477  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code
478  * Called with interrupts disabled and timer->base->cpu_base->lock held.
479  */
480 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
481 {
482         struct tick_sched *ts =
483                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
484         struct hrtimer_cpu_base *base = timer->base->cpu_base;
485         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
486         ktime_t now = ktime_get();
487         int cpu = smp_processor_id();
488
489 #ifdef CONFIG_NO_HZ
490         /*
491          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
492          * concurrency: This happens only when the cpu in charge went
493          * into a long sleep. If two cpus happen to assign themself to
494          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
495          * xtime_lock.
496          */
497         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == -1))
498                 tick_do_timer_cpu = cpu;
499 #endif
500
501         /* Check, if the jiffies need an update */
502         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
503                 tick_do_update_jiffies64(now);
504
505         /*
506          * Do not call, when we are not in irq context and have
507          * no valid regs pointer
508          */
509         if (regs) {
510                 /*
511                  * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
512                  * the watchdog as we might not schedule for a really long
513                  * time. This happens on complete idle SMP systems while
514                  * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
515                  * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
516                  * when we go busy again does not account too much ticks.
517                  */
518                 if (ts->tick_stopped) {
519                         touch_softlockup_watchdog();
520                         ts->idle_jiffies++;
521                 }
522                 /*
523                  * update_process_times() might take tasklist_lock, hence
524                  * drop the base lock. sched-tick hrtimers are per-CPU and
525                  * never accessible by userspace APIs, so this is safe to do.
526                  */
527                 spin_unlock(&base->lock);
528                 update_process_times(user_mode(regs));
529                 profile_tick(CPU_PROFILING);
530                 spin_lock(&base->lock);
531         }
532
533         /* Do not restart, when we are in the idle loop */
534         if (ts->tick_stopped)
535                 return HRTIMER_NORESTART;
536
537         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
538
539         return HRTIMER_RESTART;
540 }
541
542 /**
543  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
544  */
545 void tick_setup_sched_timer(void)
546 {
547         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
548         ktime_t now = ktime_get();
549         u64 offset;
550
551         /*
552          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
553          */
554         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
555         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
556         ts->sched_timer.cb_mode = HRTIMER_CB_IRQSAFE_NO_SOFTIRQ;
557
558         /* Get the next period (per cpu) */
559         ts->sched_timer.expires = tick_init_jiffy_update();
560         offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
561         do_div(offset, NR_CPUS);
562         offset *= smp_processor_id();
563         ts->sched_timer.expires = ktime_add_ns(ts->sched_timer.expires, offset);
564
565         for (;;) {
566                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
567                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, ts->sched_timer.expires,
568                               HRTIMER_MODE_ABS);
569                 /* Check, if the timer was already in the past */
570                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
571                         break;
572                 now = ktime_get();
573         }
574
575 #ifdef CONFIG_NO_HZ
576         if (tick_nohz_enabled)
577                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
578 #endif
579 }
580
581 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
582 {
583         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
584
585         if (ts->sched_timer.base)
586                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
587         ts->tick_stopped = 0;
588         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_INACTIVE;
589 }
590 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
591
592 /**
593  * Async notification about clocksource changes
594  */
595 void tick_clock_notify(void)
596 {
597         int cpu;
598
599         for_each_possible_cpu(cpu)
600                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
601 }
602
603 /*
604  * Async notification about clock event changes
605  */
606 void tick_oneshot_notify(void)
607 {
608         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
609
610         set_bit(0, &ts->check_clocks);
611 }
612
613 /**
614  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
615  *
616  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
617  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
618  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
619  * or runtime).
620  */
621 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
622 {
623         struct tick_sched *ts = &__get_cpu_var(tick_cpu_sched);
624
625         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
626                 return 0;
627
628         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
629                 return 0;
630
631         if (!timekeeping_is_continuous() || !tick_is_oneshot_available())
632                 return 0;
633
634         if (!allow_nohz)
635                 return 1;
636
637         tick_nohz_switch_to_nohz();
638         return 0;
639 }