include/linux/hrtimer.h

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  *  hrtimers - High-resolution kernel timers
   4  *
   5  *   Copyright(C) 2005, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   6  *   Copyright(C) 2005, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   7  *
   8  *  data type definitions, declarations, prototypes
   9  *
  10  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
  11  */
  12 #ifndef _LINUX_HRTIMER_H
  13 #define _LINUX_HRTIMER_H
  14
  15 #include <linux/hrtimer_defs.h>
  16 #include <linux/rbtree.h>
  17 #include <linux/init.h>
  18 #include <linux/list.h>
  19 #include <linux/percpu.h>
  20 #include <linux/seqlock.h>
  21 #include <linux/timer.h>
  22 #include <linux/timerqueue.h>
  23
  24 struct hrtimer_clock_base;
  25 struct hrtimer_cpu_base;
  26
  27 /*
  28  * Mode arguments of xxx_hrtimer functions:
  29  *
  30  * HRTIMER_MODE_ABS             - Time value is absolute
  31  * HRTIMER_MODE_REL             - Time value is relative to now
  32  * HRTIMER_MODE_PINNED          - Timer is bound to CPU (is only considered
  33  *                                when starting the timer)
  34  * HRTIMER_MODE_SOFT            - Timer callback function will be executed in
  35  *                                soft irq context
  36  * HRTIMER_MODE_HARD            - Timer callback function will be executed in
  37  *                                hard irq context even on PREEMPT_RT.
  38  */
  39 enum hrtimer_mode {
  40         HRTIMER_MODE_ABS        = 0x00,
  41         HRTIMER_MODE_REL        = 0x01,
  42         HRTIMER_MODE_PINNED     = 0x02,
  43         HRTIMER_MODE_SOFT       = 0x04,
  44         HRTIMER_MODE_HARD       = 0x08,
  45
  46         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_PINNED,
  47         HRTIMER_MODE_REL_PINNED = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_PINNED,
  48
  49         HRTIMER_MODE_ABS_SOFT   = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_SOFT,
  50         HRTIMER_MODE_REL_SOFT   = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_SOFT,
  51
  52         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED_SOFT = HRTIMER_MODE_ABS_PINNED | HRTIMER_MODE_SOFT,
  53         HRTIMER_MODE_REL_PINNED_SOFT = HRTIMER_MODE_REL_PINNED | HRTIMER_MODE_SOFT,
  54
  55         HRTIMER_MODE_ABS_HARD   = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_HARD,
  56         HRTIMER_MODE_REL_HARD   = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_HARD,
  57
  58         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED_HARD = HRTIMER_MODE_ABS_PINNED | HRTIMER_MODE_HARD,
  59         HRTIMER_MODE_REL_PINNED_HARD = HRTIMER_MODE_REL_PINNED | HRTIMER_MODE_HARD,
  60 };
  61
  62 /*
  63  * Return values for the callback function
  64  */
  65 enum hrtimer_restart {
  66         HRTIMER_NORESTART,      /* Timer is not restarted */
  67         HRTIMER_RESTART,        /* Timer must be restarted */
  68 };
  69
  70 /*
  71  * Values to track state of the timer
  72  *
  73  * Possible states:
  74  *
  75  * 0x00         inactive
  76  * 0x01         enqueued into rbtree
  77  *
  78  * The callback state is not part of the timer->state because clearing it would
  79  * mean touching the timer after the callback, this makes it impossible to free
  80  * the timer from the callback function.
  81  *
  82  * Therefore we track the callback state in:
  83  *
  84  *      timer->base->cpu_base->running == timer
  85  *
  86  * On SMP it is possible to have a "callback function running and enqueued"
  87  * status. It happens for example when a posix timer expired and the callback
  88  * queued a signal. Between dropping the lock which protects the posix timer
  89  * and reacquiring the base lock of the hrtimer, another CPU can deliver the
  90  * signal and rearm the timer.
  91  *
  92  * All state transitions are protected by cpu_base->lock.
  93  */
  94 #define HRTIMER_STATE_INACTIVE  0x00
  95 #define HRTIMER_STATE_ENQUEUED  0x01
  96
  97 /**
  98  * struct hrtimer - the basic hrtimer structure
  99  * @node:       timerqueue node, which also manages node.expires,
 100  *              the absolute expiry time in the hrtimers internal
 101  *              representation. The time is related to the clock on
 102  *              which the timer is based. Is setup by adding
 103  *              slack to the _softexpires value. For non range timers
 104  *              identical to _softexpires.
 105  * @_softexpires: the absolute earliest expiry time of the hrtimer.
 106  *              The time which was given as expiry time when the timer
 107  *              was armed.
 108  * @function:   timer expiry callback function
 109  * @base:       pointer to the timer base (per cpu and per clock)
 110  * @state:      state information (See bit values above)
 111  * @is_rel:     Set if the timer was armed relative
 112  * @is_soft:    Set if hrtimer will be expired in soft interrupt context.
 113  * @is_hard:    Set if hrtimer will be expired in hard interrupt context
 114  *              even on RT.
 115  *
 116  * The hrtimer structure must be initialized by hrtimer_init()
 117  */
 118 struct hrtimer {
 119         struct timerqueue_node          node;
 120         ktime_t                         _softexpires;
 121         enum hrtimer_restart            (*function)(struct hrtimer *);
 122         struct hrtimer_clock_base       *base;
 123         u8                              state;
 124         u8                              is_rel;
 125         u8                              is_soft;
 126         u8                              is_hard;
 127 };
 128
 129 /**
 130  * struct hrtimer_sleeper - simple sleeper structure
 131  * @timer:      embedded timer structure
 132  * @task:       task to wake up
 133  *
 134  * task is set to NULL, when the timer expires.
 135  */
 136 struct hrtimer_sleeper {
 137         struct hrtimer timer;
 138         struct task_struct *task;
 139 };
 140
 141 #ifdef CONFIG_64BIT
 142 # define __hrtimer_clock_base_align     ____cacheline_aligned
 143 #else
 144 # define __hrtimer_clock_base_align
 145 #endif
 146
 147 /**
 148  * struct hrtimer_clock_base - the timer base for a specific clock
 149  * @cpu_base:           per cpu clock base
 150  * @index:              clock type index for per_cpu support when moving a
 151  *                      timer to a base on another cpu.
 152  * @clockid:            clock id for per_cpu support
 153  * @seq:                seqcount around __run_hrtimer
 154  * @running:            pointer to the currently running hrtimer
 155  * @active:             red black tree root node for the active timers
 156  * @get_time:           function to retrieve the current time of the clock
 157  * @offset:             offset of this clock to the monotonic base
 158  */
 159 struct hrtimer_clock_base {
 160         struct hrtimer_cpu_base *cpu_base;
 161         unsigned int            index;
 162         clockid_t               clockid;
 163         seqcount_raw_spinlock_t seq;
 164         struct hrtimer          *running;
 165         struct timerqueue_head  active;
 166         ktime_t                 (*get_time)(void);
 167         ktime_t                 offset;
 168 } __hrtimer_clock_base_align;
 169
 170 enum  hrtimer_base_type {
 171         HRTIMER_BASE_MONOTONIC,
 172         HRTIMER_BASE_REALTIME,
 173         HRTIMER_BASE_BOOTTIME,
 174         HRTIMER_BASE_TAI,
 175         HRTIMER_BASE_MONOTONIC_SOFT,
 176         HRTIMER_BASE_REALTIME_SOFT,
 177         HRTIMER_BASE_BOOTTIME_SOFT,
 178         HRTIMER_BASE_TAI_SOFT,
 179         HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES,
 180 };
 181
 182 /**
 183  * struct hrtimer_cpu_base - the per cpu clock bases
 184  * @lock:               lock protecting the base and associated clock bases
 185  *                      and timers
 186  * @cpu:                cpu number
 187  * @active_bases:       Bitfield to mark bases with active timers
 188  * @clock_was_set_seq:  Sequence counter of clock was set events
 189  * @hres_active:        State of high resolution mode
 190  * @in_hrtirq:          hrtimer_interrupt() is currently executing
 191  * @hang_detected:      The last hrtimer interrupt detected a hang
 192  * @softirq_activated:  displays, if the softirq is raised - update of softirq
 193  *                      related settings is not required then.
 194  * @nr_events:          Total number of hrtimer interrupt events
 195  * @nr_retries:         Total number of hrtimer interrupt retries
 196  * @nr_hangs:           Total number of hrtimer interrupt hangs
 197  * @max_hang_time:      Maximum time spent in hrtimer_interrupt
 198  * @softirq_expiry_lock: Lock which is taken while softirq based hrtimer are
 199  *                       expired
 200  * @online:             CPU is online from an hrtimers point of view
 201  * @timer_waiters:      A hrtimer_cancel() invocation waits for the timer
 202  *                      callback to finish.
 203  * @expires_next:       absolute time of the next event, is required for remote
 204  *                      hrtimer enqueue; it is the total first expiry time (hard
 205  *                      and soft hrtimer are taken into account)
 206  * @next_timer:         Pointer to the first expiring timer
 207  * @softirq_expires_next: Time to check, if soft queues needs also to be expired
 208  * @softirq_next_timer: Pointer to the first expiring softirq based timer
 209  * @clock_base:         array of clock bases for this cpu
 210  *
 211  * Note: next_timer is just an optimization for __remove_hrtimer().
 212  *       Do not dereference the pointer because it is not reliable on
 213  *       cross cpu removals.
 214  */
 215 struct hrtimer_cpu_base {
 216         raw_spinlock_t                  lock;
 217         unsigned int                    cpu;
 218         unsigned int                    active_bases;
 219         unsigned int                    clock_was_set_seq;
 220         unsigned int                    hres_active             : 1,
 221                                         in_hrtirq               : 1,
 222                                         hang_detected           : 1,
 223                                         softirq_activated       : 1,
 224                                         online                  : 1;
 225 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 226         unsigned int                    nr_events;
 227         unsigned short                  nr_retries;
 228         unsigned short                  nr_hangs;
 229         unsigned int                    max_hang_time;
 230 #endif
 231 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
 232         spinlock_t                      softirq_expiry_lock;
 233         atomic_t                        timer_waiters;
 234 #endif
 235         ktime_t                         expires_next;
 236         struct hrtimer                  *next_timer;
 237         ktime_t                         softirq_expires_next;
 238         struct hrtimer                  *softirq_next_timer;
 239         struct hrtimer_clock_base       clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];
 240 } ____cacheline_aligned;
 241
 242 static inline void hrtimer_set_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 243 {
 244         timer->node.expires = time;
 245         timer->_softexpires = time;
 246 }
 247
 248 static inline void hrtimer_set_expires_range(struct hrtimer *timer, ktime_t time, ktime_t delta)
 249 {
 250         timer->_softexpires = time;
 251         timer->node.expires = ktime_add_safe(time, delta);
 252 }
 253
 254 static inline void hrtimer_set_expires_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t time, u64 delta)
 255 {
 256         timer->_softexpires = time;
 257         timer->node.expires = ktime_add_safe(time, ns_to_ktime(delta));
 258 }
 259
 260 static inline void hrtimer_set_expires_tv64(struct hrtimer *timer, s64 tv64)
 261 {
 262         timer->node.expires = tv64;
 263         timer->_softexpires = tv64;
 264 }
 265
 266 static inline void hrtimer_add_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 267 {
 268         timer->node.expires = ktime_add_safe(timer->node.expires, time);
 269         timer->_softexpires = ktime_add_safe(timer->_softexpires, time);
 270 }
 271
 272 static inline void hrtimer_add_expires_ns(struct hrtimer *timer, u64 ns)
 273 {
 274         timer->node.expires = ktime_add_ns(timer->node.expires, ns);
 275         timer->_softexpires = ktime_add_ns(timer->_softexpires, ns);
 276 }
 277
 278 static inline ktime_t hrtimer_get_expires(const struct hrtimer *timer)
 279 {
 280         return timer->node.expires;
 281 }
 282
 283 static inline ktime_t hrtimer_get_softexpires(const struct hrtimer *timer)
 284 {
 285         return timer->_softexpires;
 286 }
 287
 288 static inline s64 hrtimer_get_expires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 289 {
 290         return timer->node.expires;
 291 }
 292 static inline s64 hrtimer_get_softexpires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 293 {
 294         return timer->_softexpires;
 295 }
 296
 297 static inline s64 hrtimer_get_expires_ns(const struct hrtimer *timer)
 298 {
 299         return ktime_to_ns(timer->node.expires);
 300 }
 301
 302 static inline ktime_t hrtimer_expires_remaining(const struct hrtimer *timer)
 303 {
 304         return ktime_sub(timer->node.expires, timer->base->get_time());
 305 }
 306
 307 static inline ktime_t hrtimer_cb_get_time(struct hrtimer *timer)
 308 {
 309         return timer->base->get_time();
 310 }
 311
 312 static inline int hrtimer_is_hres_active(struct hrtimer *timer)
 313 {
 314         return IS_ENABLED(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS) ?
 315                 timer->base->cpu_base->hres_active : 0;
 316 }
 317
 318 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 319 struct clock_event_device;
 320
 321 extern void hrtimer_interrupt(struct clock_event_device *dev);
 322
 323 extern unsigned int hrtimer_resolution;
 324
 325 #else
 326
 327 #define hrtimer_resolution      (unsigned int)LOW_RES_NSEC
 328
 329 #endif
 330
 331 static inline ktime_t
 332 __hrtimer_expires_remaining_adjusted(const struct hrtimer *timer, ktime_t now)
 333 {
 334         ktime_t rem = ktime_sub(timer->node.expires, now);
 335
 336         /*
 337          * Adjust relative timers for the extra we added in
 338          * hrtimer_start_range_ns() to prevent short timeouts.
 339          */
 340         if (IS_ENABLED(CONFIG_TIME_LOW_RES) && timer->is_rel)
 341                 rem -= hrtimer_resolution;
 342         return rem;
 343 }
 344
 345 static inline ktime_t
 346 hrtimer_expires_remaining_adjusted(const struct hrtimer *timer)
 347 {
 348         return __hrtimer_expires_remaining_adjusted(timer,
 349                                                     timer->base->get_time());
 350 }
 351
 352 #ifdef CONFIG_TIMERFD
 353 extern void timerfd_clock_was_set(void);
 354 #else
 355 static inline void timerfd_clock_was_set(void) { }
 356 #endif
 357 extern void hrtimers_resume(void);
 358
 359 DECLARE_PER_CPU(struct tick_device, tick_cpu_device);
 360
 361 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
 362 void hrtimer_cancel_wait_running(const struct hrtimer *timer);
 363 #else
 364 static inline void hrtimer_cancel_wait_running(struct hrtimer *timer)
 365 {
 366         cpu_relax();
 367 }
 368 #endif
 369
 370 /* Exported timer functions: */
 371
 372 /* Initialize timers: */
 373 extern void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 374                          enum hrtimer_mode mode);
 375 extern void hrtimer_init_sleeper(struct hrtimer_sleeper *sl, clockid_t clock_id,
 376                                  enum hrtimer_mode mode);
 377
 378 #ifdef CONFIG_DEBUG_OBJECTS_TIMERS
 379 extern void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 380                                   enum hrtimer_mode mode);
 381 extern void hrtimer_init_sleeper_on_stack(struct hrtimer_sleeper *sl,
 382                                           clockid_t clock_id,
 383                                           enum hrtimer_mode mode);
 384
 385 extern void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer);
 386 #else
 387 static inline void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer,
 388                                          clockid_t which_clock,
 389                                          enum hrtimer_mode mode)
 390 {
 391         hrtimer_init(timer, which_clock, mode);
 392 }
 393
 394 static inline void hrtimer_init_sleeper_on_stack(struct hrtimer_sleeper *sl,
 395                                                  clockid_t clock_id,
 396                                                  enum hrtimer_mode mode)
 397 {
 398         hrtimer_init_sleeper(sl, clock_id, mode);
 399 }
 400
 401 static inline void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer) { }
 402 #endif
 403
 404 /* Basic timer operations: */
 405 extern void hrtimer_start_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 406                                    u64 range_ns, const enum hrtimer_mode mode);
 407
 408 /**
 409  * hrtimer_start - (re)start an hrtimer
 410  * @timer:      the timer to be added
 411  * @tim:        expiry time
 412  * @mode:       timer mode: absolute (HRTIMER_MODE_ABS) or
 413  *              relative (HRTIMER_MODE_REL), and pinned (HRTIMER_MODE_PINNED);
 414  *              softirq based mode is considered for debug purpose only!
 415  */
 416 static inline void hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 417                                  const enum hrtimer_mode mode)
 418 {
 419         hrtimer_start_range_ns(timer, tim, 0, mode);
 420 }
 421
 422 extern int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer);
 423 extern int hrtimer_try_to_cancel(struct hrtimer *timer);
 424
 425 static inline void hrtimer_start_expires(struct hrtimer *timer,
 426                                          enum hrtimer_mode mode)
 427 {
 428         u64 delta;
 429         ktime_t soft, hard;
 430         soft = hrtimer_get_softexpires(timer);
 431         hard = hrtimer_get_expires(timer);
 432         delta = ktime_to_ns(ktime_sub(hard, soft));
 433         hrtimer_start_range_ns(timer, soft, delta, mode);
 434 }
 435
 436 void hrtimer_sleeper_start_expires(struct hrtimer_sleeper *sl,
 437                                    enum hrtimer_mode mode);
 438
 439 static inline void hrtimer_restart(struct hrtimer *timer)
 440 {
 441         hrtimer_start_expires(timer, HRTIMER_MODE_ABS);
 442 }
 443
 444 /* Query timers: */
 445 extern ktime_t __hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer, bool adjust);
 446
 447 static inline ktime_t hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer)
 448 {
 449         return __hrtimer_get_remaining(timer, false);
 450 }
 451
 452 extern u64 hrtimer_get_next_event(void);
 453 extern u64 hrtimer_next_event_without(const struct hrtimer *exclude);
 454
 455 extern bool hrtimer_active(const struct hrtimer *timer);
 456
 457 /**
 458  * hrtimer_is_queued = check, whether the timer is on one of the queues
 459  * @timer:      Timer to check
 460  *
 461  * Returns: True if the timer is queued, false otherwise
 462  *
 463  * The function can be used lockless, but it gives only a current snapshot.
 464  */
 465 static inline bool hrtimer_is_queued(struct hrtimer *timer)
 466 {
 467         /* The READ_ONCE pairs with the update functions of timer->state */
 468         return !!(READ_ONCE(timer->state) & HRTIMER_STATE_ENQUEUED);
 469 }
 470
 471 /*
 472  * Helper function to check, whether the timer is running the callback
 473  * function
 474  */
 475 static inline int hrtimer_callback_running(struct hrtimer *timer)
 476 {
 477         return timer->base->running == timer;
 478 }
 479
 480 /* Forward a hrtimer so it expires after now: */
 481 extern u64
 482 hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval);
 483
 484 /**
 485  * hrtimer_forward_now - forward the timer expiry so it expires after now
 486  * @timer:      hrtimer to forward
 487  * @interval:   the interval to forward
 488  *
 489  * Forward the timer expiry so it will expire after the current time
 490  * of the hrtimer clock base. Returns the number of overruns.
 491  *
 492  * Can be safely called from the callback function of @timer. If
 493  * called from other contexts @timer must neither be enqueued nor
 494  * running the callback and the caller needs to take care of
 495  * serialization.
 496  *
 497  * Note: This only updates the timer expiry value and does not requeue
 498  * the timer.
 499  */
 500 static inline u64 hrtimer_forward_now(struct hrtimer *timer,
 501                                       ktime_t interval)
 502 {
 503         return hrtimer_forward(timer, timer->base->get_time(), interval);
 504 }
 505
 506 /* Precise sleep: */
 507
 508 extern int nanosleep_copyout(struct restart_block *, struct timespec64 *);
 509 extern long hrtimer_nanosleep(ktime_t rqtp, const enum hrtimer_mode mode,
 510                               const clockid_t clockid);
 511
 512 extern int schedule_hrtimeout_range(ktime_t *expires, u64 delta,
 513                                     const enum hrtimer_mode mode);
 514 extern int schedule_hrtimeout_range_clock(ktime_t *expires,
 515                                           u64 delta,
 516                                           const enum hrtimer_mode mode,
 517                                           clockid_t clock_id);
 518 extern int schedule_hrtimeout(ktime_t *expires, const enum hrtimer_mode mode);
 519
 520 /* Soft interrupt function to run the hrtimer queues: */
 521 extern void hrtimer_run_queues(void);
 522
 523 /* Bootup initialization: */
 524 extern void __init hrtimers_init(void);
 525
 526 /* Show pending timers: */
 527 extern void sysrq_timer_list_show(void);
 528
 529 int hrtimers_prepare_cpu(unsigned int cpu);
 530 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 531 int hrtimers_cpu_dying(unsigned int cpu);
 532 #else
 533 #define hrtimers_cpu_dying      NULL
 534 #endif
 535
 536 #endif