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  *  Distribute under GPLv2.
  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/module.h>
  23 #include <linux/irq_work.h>
  24 #include <linux/posix-timers.h>
  25 #include <linux/context_tracking.h>
  26
  27 #include <asm/irq_regs.h>
  28
  29 #include "tick-internal.h"
  30
  31 #include <trace/events/timer.h>
  32
  33 /*
  34  * Per-CPU nohz control structure
  35  */
  36 static DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
  37
  38 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
  39 {
  40         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
  41 }
  42
  43 #if defined(CONFIG_NO_HZ_COMMON) || defined(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS)
  44 /*
  45  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by jiffies_lock.
  46  */
  47 static ktime_t last_jiffies_update;
  48
  49 /*
  50  * Must be called with interrupts disabled !
  51  */
  52 static void tick_do_update_jiffies64(ktime_t now)
  53 {
  54         unsigned long ticks = 0;
  55         ktime_t delta;
  56
  57         /*
  58          * Do a quick check without holding jiffies_lock:
  59          */
  60         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
  61         if (delta.tv64 < tick_period.tv64)
  62                 return;
  63
  64         /* Reevaluate with jiffies_lock held */
  65         write_seqlock(&jiffies_lock);
  66
  67         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
  68         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
  69
  70                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
  71                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
  72                                                 tick_period);
  73
  74                 /* Slow path for long timeouts */
  75                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
  76                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
  77
  78                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
  79
  80                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
  81                                                            incr * ticks);
  82                 }
  83                 do_timer(++ticks);
  84
  85                 /* Keep the tick_next_period variable up to date */
  86                 tick_next_period = ktime_add(last_jiffies_update, tick_period);
  87         } else {
  88                 write_sequnlock(&jiffies_lock);
  89                 return;
  90         }
  91         write_sequnlock(&jiffies_lock);
  92         update_wall_time();
  93 }
  94
  95 /*
  96  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
  97  */
  98 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
  99 {
 100         ktime_t period;
 101
 102         write_seqlock(&jiffies_lock);
 103         /* Did we start the jiffies update yet ? */
 104         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
 105                 last_jiffies_update = tick_next_period;
 106         period = last_jiffies_update;
 107         write_sequnlock(&jiffies_lock);
 108         return period;
 109 }
 110
 111
 112 static void tick_sched_do_timer(ktime_t now)
 113 {
 114         int cpu = smp_processor_id();
 115
 116 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 117         /*
 118          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 119          * concurrency: This happens only when the CPU in charge went
 120          * into a long sleep. If two CPUs happen to assign themselves to
 121          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 122          * jiffies_lock.
 123          */
 124         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 125             && !tick_nohz_full_cpu(cpu))
 126                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 127 #endif
 128
 129         /* Check, if the jiffies need an update */
 130         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 131                 tick_do_update_jiffies64(now);
 132 }
 133
 134 static void tick_sched_handle(struct tick_sched *ts, struct pt_regs *regs)
 135 {
 136 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 137         /*
 138          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 139          * the watchdog as we might not schedule for a really long
 140          * time. This happens on complete idle SMP systems while
 141          * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
 142          * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
 143          * when we go busy again does not account too much ticks.
 144          */
 145         if (ts->tick_stopped) {
 146                 touch_softlockup_watchdog_sched();
 147                 if (is_idle_task(current))
 148                         ts->idle_jiffies++;
 149         }
 150 #endif
 151         update_process_times(user_mode(regs));
 152         profile_tick(CPU_PROFILING);
 153 }
 154 #endif
 155
 156 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 157 cpumask_var_t tick_nohz_full_mask;
 158 cpumask_var_t housekeeping_mask;
 159 bool tick_nohz_full_running;
 160 static atomic_t tick_dep_mask;
 161
 162 static bool check_tick_dependency(atomic_t *dep)
 163 {
 164         int val = atomic_read(dep);
 165
 166         if (val & TICK_DEP_MASK_POSIX_TIMER) {
 167                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_POSIX_TIMER);
 168                 return true;
 169         }
 170
 171         if (val & TICK_DEP_MASK_PERF_EVENTS) {
 172                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_PERF_EVENTS);
 173                 return true;
 174         }
 175
 176         if (val & TICK_DEP_MASK_SCHED) {
 177                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_SCHED);
 178                 return true;
 179         }
 180
 181         if (val & TICK_DEP_MASK_CLOCK_UNSTABLE) {
 182                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_CLOCK_UNSTABLE);
 183                 return true;
 184         }
 185
 186         return false;
 187 }
 188
 189 static bool can_stop_full_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 190 {
 191         WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
 192
 193         if (unlikely(!cpu_online(cpu)))
 194                 return false;
 195
 196         if (check_tick_dependency(&tick_dep_mask))
 197                 return false;
 198
 199         if (check_tick_dependency(&ts->tick_dep_mask))
 200                 return false;
 201
 202         if (check_tick_dependency(&current->tick_dep_mask))
 203                 return false;
 204
 205         if (check_tick_dependency(&current->signal->tick_dep_mask))
 206                 return false;
 207
 208         return true;
 209 }
 210
 211 static void nohz_full_kick_func(struct irq_work *work)
 212 {
 213         /* Empty, the tick restart happens on tick_nohz_irq_exit() */
 214 }
 215
 216 static DEFINE_PER_CPU(struct irq_work, nohz_full_kick_work) = {
 217         .func = nohz_full_kick_func,
 218 };
 219
 220 /*
 221  * Kick this CPU if it's full dynticks in order to force it to
 222  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 223  * This kick, unlike tick_nohz_full_kick_cpu() and tick_nohz_full_kick_all(),
 224  * is NMI safe.
 225  */
 226 static void tick_nohz_full_kick(void)
 227 {
 228         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 229                 return;
 230
 231         irq_work_queue(this_cpu_ptr(&nohz_full_kick_work));
 232 }
 233
 234 /*
 235  * Kick the CPU if it's full dynticks in order to force it to
 236  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 237  */
 238 void tick_nohz_full_kick_cpu(int cpu)
 239 {
 240         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 241                 return;
 242
 243         irq_work_queue_on(&per_cpu(nohz_full_kick_work, cpu), cpu);
 244 }
 245
 246 /*
 247  * Kick all full dynticks CPUs in order to force these to re-evaluate
 248  * their dependency on the tick and restart it if necessary.
 249  */
 250 static void tick_nohz_full_kick_all(void)
 251 {
 252         int cpu;
 253
 254         if (!tick_nohz_full_running)
 255                 return;
 256
 257         preempt_disable();
 258         for_each_cpu_and(cpu, tick_nohz_full_mask, cpu_online_mask)
 259                 tick_nohz_full_kick_cpu(cpu);
 260         preempt_enable();
 261 }
 262
 263 static void tick_nohz_dep_set_all(atomic_t *dep,
 264                                   enum tick_dep_bits bit)
 265 {
 266         int prev;
 267
 268         prev = atomic_fetch_or(BIT(bit), dep);
 269         if (!prev)
 270                 tick_nohz_full_kick_all();
 271 }
 272
 273 /*
 274  * Set a global tick dependency. Used by perf events that rely on freq and
 275  * by unstable clock.
 276  */
 277 void tick_nohz_dep_set(enum tick_dep_bits bit)
 278 {
 279         tick_nohz_dep_set_all(&tick_dep_mask, bit);
 280 }
 281
 282 void tick_nohz_dep_clear(enum tick_dep_bits bit)
 283 {
 284         atomic_andnot(BIT(bit), &tick_dep_mask);
 285 }
 286
 287 /*
 288  * Set per-CPU tick dependency. Used by scheduler and perf events in order to
 289  * manage events throttling.
 290  */
 291 void tick_nohz_dep_set_cpu(int cpu, enum tick_dep_bits bit)
 292 {
 293         int prev;
 294         struct tick_sched *ts;
 295
 296         ts = per_cpu_ptr(&tick_cpu_sched, cpu);
 297
 298         prev = atomic_fetch_or(BIT(bit), &ts->tick_dep_mask);
 299         if (!prev) {
 300                 preempt_disable();
 301                 /* Perf needs local kick that is NMI safe */
 302                 if (cpu == smp_processor_id()) {
 303                         tick_nohz_full_kick();
 304                 } else {
 305                         /* Remote irq work not NMI-safe */
 306                         if (!WARN_ON_ONCE(in_nmi()))
 307                                 tick_nohz_full_kick_cpu(cpu);
 308                 }
 309                 preempt_enable();
 310         }
 311 }
 312
 313 void tick_nohz_dep_clear_cpu(int cpu, enum tick_dep_bits bit)
 314 {
 315         struct tick_sched *ts = per_cpu_ptr(&tick_cpu_sched, cpu);
 316
 317         atomic_andnot(BIT(bit), &ts->tick_dep_mask);
 318 }
 319
 320 /*
 321  * Set a per-task tick dependency. Posix CPU timers need this in order to elapse
 322  * per task timers.
 323  */
 324 void tick_nohz_dep_set_task(struct task_struct *tsk, enum tick_dep_bits bit)
 325 {
 326         /*
 327          * We could optimize this with just kicking the target running the task
 328          * if that noise matters for nohz full users.
 329          */
 330         tick_nohz_dep_set_all(&tsk->tick_dep_mask, bit);
 331 }
 332
 333 void tick_nohz_dep_clear_task(struct task_struct *tsk, enum tick_dep_bits bit)
 334 {
 335         atomic_andnot(BIT(bit), &tsk->tick_dep_mask);
 336 }
 337
 338 /*
 339  * Set a per-taskgroup tick dependency. Posix CPU timers need this in order to elapse
 340  * per process timers.
 341  */
 342 void tick_nohz_dep_set_signal(struct signal_struct *sig, enum tick_dep_bits bit)
 343 {
 344         tick_nohz_dep_set_all(&sig->tick_dep_mask, bit);
 345 }
 346
 347 void tick_nohz_dep_clear_signal(struct signal_struct *sig, enum tick_dep_bits bit)
 348 {
 349         atomic_andnot(BIT(bit), &sig->tick_dep_mask);
 350 }
 351
 352 /*
 353  * Re-evaluate the need for the tick as we switch the current task.
 354  * It might need the tick due to per task/process properties:
 355  * perf events, posix CPU timers, ...
 356  */
 357 void __tick_nohz_task_switch(void)
 358 {
 359         unsigned long flags;
 360         struct tick_sched *ts;
 361
 362         local_irq_save(flags);
 363
 364         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 365                 goto out;
 366
 367         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 368
 369         if (ts->tick_stopped) {
 370                 if (atomic_read(&current->tick_dep_mask) ||
 371                     atomic_read(&current->signal->tick_dep_mask))
 372                         tick_nohz_full_kick();
 373         }
 374 out:
 375         local_irq_restore(flags);
 376 }
 377
 378 /* Parse the boot-time nohz CPU list from the kernel parameters. */
 379 static int __init tick_nohz_full_setup(char *str)
 380 {
 381         alloc_bootmem_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask);
 382         if (cpulist_parse(str, tick_nohz_full_mask) < 0) {
 383                 pr_warn("NO_HZ: Incorrect nohz_full cpumask\n");
 384                 free_bootmem_cpumask_var(tick_nohz_full_mask);
 385                 return 1;
 386         }
 387         tick_nohz_full_running = true;
 388
 389         return 1;
 390 }
 391 __setup("nohz_full=", tick_nohz_full_setup);
 392
 393 static int tick_nohz_cpu_down_callback(struct notifier_block *nfb,
 394                                        unsigned long action,
 395                                        void *hcpu)
 396 {
 397         unsigned int cpu = (unsigned long)hcpu;
 398
 399         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
 400         case CPU_DOWN_PREPARE:
 401                 /*
 402                  * The boot CPU handles housekeeping duty (unbound timers,
 403                  * workqueues, timekeeping, ...) on behalf of full dynticks
 404                  * CPUs. It must remain online when nohz full is enabled.
 405                  */
 406                 if (tick_nohz_full_running && tick_do_timer_cpu == cpu)
 407                         return NOTIFY_BAD;
 408                 break;
 409         }
 410         return NOTIFY_OK;
 411 }
 412
 413 static int tick_nohz_init_all(void)
 414 {
 415         int err = -1;
 416
 417 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL_ALL
 418         if (!alloc_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask, GFP_KERNEL)) {
 419                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate full dynticks cpumask\n");
 420                 return err;
 421         }
 422         err = 0;
 423         cpumask_setall(tick_nohz_full_mask);
 424         tick_nohz_full_running = true;
 425 #endif
 426         return err;
 427 }
 428
 429 void __init tick_nohz_init(void)
 430 {
 431         int cpu;
 432
 433         if (!tick_nohz_full_running) {
 434                 if (tick_nohz_init_all() < 0)
 435                         return;
 436         }
 437
 438         if (!alloc_cpumask_var(&housekeeping_mask, GFP_KERNEL)) {
 439                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate not-full dynticks cpumask\n");
 440                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 441                 tick_nohz_full_running = false;
 442                 return;
 443         }
 444
 445         /*
 446          * Full dynticks uses irq work to drive the tick rescheduling on safe
 447          * locking contexts. But then we need irq work to raise its own
 448          * interrupts to avoid circular dependency on the tick
 449          */
 450         if (!arch_irq_work_has_interrupt()) {
 451                 pr_warn("NO_HZ: Can't run full dynticks because arch doesn't support irq work self-IPIs\n");
 452                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 453                 cpumask_copy(housekeeping_mask, cpu_possible_mask);
 454                 tick_nohz_full_running = false;
 455                 return;
 456         }
 457
 458         cpu = smp_processor_id();
 459
 460         if (cpumask_test_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)) {
 461                 pr_warn("NO_HZ: Clearing %d from nohz_full range for timekeeping\n",
 462                         cpu);
 463                 cpumask_clear_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask);
 464         }
 465
 466         cpumask_andnot(housekeeping_mask,
 467                        cpu_possible_mask, tick_nohz_full_mask);
 468
 469         for_each_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)
 470                 context_tracking_cpu_set(cpu);
 471
 472         cpu_notifier(tick_nohz_cpu_down_callback, 0);
 473         pr_info("NO_HZ: Full dynticks CPUs: %*pbl.\n",
 474                 cpumask_pr_args(tick_nohz_full_mask));
 475
 476         /*
 477          * We need at least one CPU to handle housekeeping work such
 478          * as timekeeping, unbound timers, workqueues, ...
 479          */
 480         WARN_ON_ONCE(cpumask_empty(housekeeping_mask));
 481 }
 482 #endif
 483
 484 /*
 485  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
 486  */
 487 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 488 /*
 489  * NO HZ enabled ?
 490  */
 491 bool tick_nohz_enabled __read_mostly  = true;
 492 unsigned long tick_nohz_active  __read_mostly;
 493 /*
 494  * Enable / Disable tickless mode
 495  */
 496 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 497 {
 498         return (kstrtobool(str, &tick_nohz_enabled) == 0);
 499 }
 500
 501 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 502
 503 int tick_nohz_tick_stopped(void)
 504 {
 505         return __this_cpu_read(tick_cpu_sched.tick_stopped);
 506 }
 507
 508 /**
 509  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 510  *
 511  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 512  *
 513  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 514  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 515  * value. We do this unconditionally on any CPU, as we don't know whether the
 516  * CPU, which has the update task assigned is in a long sleep.
 517  */
 518 static void tick_nohz_update_jiffies(ktime_t now)
 519 {
 520         unsigned long flags;
 521
 522         __this_cpu_write(tick_cpu_sched.idle_waketime, now);
 523
 524         local_irq_save(flags);
 525         tick_do_update_jiffies64(now);
 526         local_irq_restore(flags);
 527
 528         touch_softlockup_watchdog_sched();
 529 }
 530
 531 /*
 532  * Updates the per-CPU time idle statistics counters
 533  */
 534 static void
 535 update_ts_time_stats(int cpu, struct tick_sched *ts, ktime_t now, u64 *last_update_time)
 536 {
 537         ktime_t delta;
 538
 539         if (ts->idle_active) {
 540                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 541                 if (nr_iowait_cpu(cpu) > 0)
 542                         ts->iowait_sleeptime = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 543                 else
 544                         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 545                 ts->idle_entrytime = now;
 546         }
 547
 548         if (last_update_time)
 549                 *last_update_time = ktime_to_us(now);
 550
 551 }
 552
 553 static void tick_nohz_stop_idle(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 554 {
 555         update_ts_time_stats(smp_processor_id(), ts, now, NULL);
 556         ts->idle_active = 0;
 557
 558         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
 559 }
 560
 561 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
 562 {
 563         ktime_t now = ktime_get();
 564
 565         ts->idle_entrytime = now;
 566         ts->idle_active = 1;
 567         sched_clock_idle_sleep_event();
 568         return now;
 569 }
 570
 571 /**
 572  * get_cpu_idle_time_us - get the total idle time of a CPU
 573  * @cpu: CPU number to query
 574  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 575  * counters if NULL.
 576  *
 577  * Return the cumulative idle time (since boot) for a given
 578  * CPU, in microseconds.
 579  *
 580  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 581  * and is as accurate as ktime_get() is.
 582  *
 583  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 584  */
 585 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 586 {
 587         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 588         ktime_t now, idle;
 589
 590         if (!tick_nohz_active)
 591                 return -1;
 592
 593         now = ktime_get();
 594         if (last_update_time) {
 595                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 596                 idle = ts->idle_sleeptime;
 597         } else {
 598                 if (ts->idle_active && !nr_iowait_cpu(cpu)) {
 599                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 600
 601                         idle = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 602                 } else {
 603                         idle = ts->idle_sleeptime;
 604                 }
 605         }
 606
 607         return ktime_to_us(idle);
 608
 609 }
 610 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_idle_time_us);
 611
 612 /**
 613  * get_cpu_iowait_time_us - get the total iowait time of a CPU
 614  * @cpu: CPU number to query
 615  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 616  * counters if NULL.
 617  *
 618  * Return the cumulative iowait time (since boot) for a given
 619  * CPU, in microseconds.
 620  *
 621  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 622  * and is as accurate as ktime_get() is.
 623  *
 624  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 625  */
 626 u64 get_cpu_iowait_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 627 {
 628         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 629         ktime_t now, iowait;
 630
 631         if (!tick_nohz_active)
 632                 return -1;
 633
 634         now = ktime_get();
 635         if (last_update_time) {
 636                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 637                 iowait = ts->iowait_sleeptime;
 638         } else {
 639                 if (ts->idle_active && nr_iowait_cpu(cpu) > 0) {
 640                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 641
 642                         iowait = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 643                 } else {
 644                         iowait = ts->iowait_sleeptime;
 645                 }
 646         }
 647
 648         return ktime_to_us(iowait);
 649 }
 650 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_iowait_time_us);
 651
 652 static void tick_nohz_restart(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 653 {
 654         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 655         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, ts->last_tick);
 656
 657         /* Forward the time to expire in the future */
 658         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 659
 660         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 661                 hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 662         else
 663                 tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
 664 }
 665
 666 static inline bool local_timer_softirq_pending(void)
 667 {
 668         return local_softirq_pending() & BIT(TIMER_SOFTIRQ);
 669 }
 670
 671 static ktime_t tick_nohz_stop_sched_tick(struct tick_sched *ts,
 672                                          ktime_t now, int cpu)
 673 {
 674         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
 675         u64 basemono, next_tick, next_tmr, next_rcu, delta, expires;
 676         unsigned long seq, basejiff;
 677         ktime_t tick;
 678
 679         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 680         do {
 681                 seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
 682                 basemono = last_jiffies_update.tv64;
 683                 basejiff = jiffies;
 684         } while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
 685         ts->last_jiffies = basejiff;
 686
 687         /*
 688          * Keep the periodic tick, when RCU, architecture or irq_work
 689          * requests it.
 690          * Aside of that check whether the local timer softirq is
 691          * pending. If so its a bad idea to call get_next_timer_interrupt()
 692          * because there is an already expired timer, so it will request
 693          * immeditate expiry, which rearms the hardware timer with a
 694          * minimal delta which brings us back to this place
 695          * immediately. Lather, rinse and repeat...
 696          */
 697         if (rcu_needs_cpu(basemono, &next_rcu) || arch_needs_cpu() ||
 698             irq_work_needs_cpu() || local_timer_softirq_pending()) {
 699                 next_tick = basemono + TICK_NSEC;
 700         } else {
 701                 /*
 702                  * Get the next pending timer. If high resolution
 703                  * timers are enabled this only takes the timer wheel
 704                  * timers into account. If high resolution timers are
 705                  * disabled this also looks at the next expiring
 706                  * hrtimer.
 707                  */
 708                 next_tmr = get_next_timer_interrupt(basejiff, basemono);
 709                 ts->next_timer = next_tmr;
 710                 /* Take the next rcu event into account */
 711                 next_tick = next_rcu < next_tmr ? next_rcu : next_tmr;
 712         }
 713
 714         /*
 715          * If the tick is due in the next period, keep it ticking or
 716          * force prod the timer.
 717          */
 718         delta = next_tick - basemono;
 719         if (delta <= (u64)TICK_NSEC) {
 720                 tick.tv64 = 0;
 721
 722                 /*
 723                  * Tell the timer code that the base is not idle, i.e. undo
 724                  * the effect of get_next_timer_interrupt():
 725                  */
 726                 timer_clear_idle();
 727                 /*
 728                  * We've not stopped the tick yet, and there's a timer in the
 729                  * next period, so no point in stopping it either, bail.
 730                  */
 731                 if (!ts->tick_stopped)
 732                         goto out;
 733
 734                 /*
 735                  * If, OTOH, we did stop it, but there's a pending (expired)
 736                  * timer reprogram the timer hardware to fire now.
 737                  *
 738                  * We will not restart the tick proper, just prod the timer
 739                  * hardware into firing an interrupt to process the pending
 740                  * timers. Just like tick_irq_exit() will not restart the tick
 741                  * for 'normal' interrupts.
 742                  *
 743                  * Only once we exit the idle loop will we re-enable the tick,
 744                  * see tick_nohz_idle_exit().
 745                  */
 746                 if (delta == 0) {
 747                         tick_nohz_restart(ts, now);
 748                         goto out;
 749                 }
 750         }
 751
 752         /*
 753          * If this CPU is the one which updates jiffies, then give up
 754          * the assignment and let it be taken by the CPU which runs
 755          * the tick timer next, which might be this CPU as well. If we
 756          * don't drop this here the jiffies might be stale and
 757          * do_timer() never invoked. Keep track of the fact that it
 758          * was the one which had the do_timer() duty last. If this CPU
 759          * is the one which had the do_timer() duty last, we limit the
 760          * sleep time to the timekeeping max_deferment value.
 761          * Otherwise we can sleep as long as we want.
 762          */
 763         delta = timekeeping_max_deferment();
 764         if (cpu == tick_do_timer_cpu) {
 765                 tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 766                 ts->do_timer_last = 1;
 767         } else if (tick_do_timer_cpu != TICK_DO_TIMER_NONE) {
 768                 delta = KTIME_MAX;
 769                 ts->do_timer_last = 0;
 770         } else if (!ts->do_timer_last) {
 771                 delta = KTIME_MAX;
 772         }
 773
 774 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 775         /* Limit the tick delta to the maximum scheduler deferment */
 776         if (!ts->inidle)
 777                 delta = min(delta, scheduler_tick_max_deferment());
 778 #endif
 779
 780         /* Calculate the next expiry time */
 781         if (delta < (KTIME_MAX - basemono))
 782                 expires = basemono + delta;
 783         else
 784                 expires = KTIME_MAX;
 785
 786         expires = min_t(u64, expires, next_tick);
 787         tick.tv64 = expires;
 788
 789         /* Skip reprogram of event if its not changed */
 790         if (ts->tick_stopped && (expires == dev->next_event.tv64))
 791                 goto out;
 792
 793         /*
 794          * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 795          * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 796          * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 797          * first call we save the current tick time, so we can restart
 798          * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 799          */
 800         if (!ts->tick_stopped) {
 801                 nohz_balance_enter_idle(cpu);
 802                 calc_load_enter_idle();
 803                 cpu_load_update_nohz_start();
 804
 805                 ts->last_tick = hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer);
 806                 ts->tick_stopped = 1;
 807                 trace_tick_stop(1, TICK_DEP_MASK_NONE);
 808         }
 809
 810         /*
 811          * If the expiration time == KTIME_MAX, then we simply stop
 812          * the tick timer.
 813          */
 814         if (unlikely(expires == KTIME_MAX)) {
 815                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 816                         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 817                 goto out;
 818         }
 819
 820         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 821                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, tick, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 822         else
 823                 tick_program_event(tick, 1);
 824 out:
 825         /* Update the estimated sleep length */
 826         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 827         return tick;
 828 }
 829
 830 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 831 {
 832         /* Update jiffies first */
 833         tick_do_update_jiffies64(now);
 834         cpu_load_update_nohz_stop();
 835
 836         /*
 837          * Clear the timer idle flag, so we avoid IPIs on remote queueing and
 838          * the clock forward checks in the enqueue path:
 839          */
 840         timer_clear_idle();
 841
 842         calc_load_exit_idle();
 843         touch_softlockup_watchdog_sched();
 844         /*
 845          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 846          */
 847         ts->tick_stopped  = 0;
 848         ts->idle_exittime = now;
 849
 850         tick_nohz_restart(ts, now);
 851 }
 852
 853 static void tick_nohz_full_update_tick(struct tick_sched *ts)
 854 {
 855 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 856         int cpu = smp_processor_id();
 857
 858         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 859                 return;
 860
 861         if (!ts->tick_stopped && ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)
 862                 return;
 863
 864         if (can_stop_full_tick(cpu, ts))
 865                 tick_nohz_stop_sched_tick(ts, ktime_get(), cpu);
 866         else if (ts->tick_stopped)
 867                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, ktime_get());
 868 #endif
 869 }
 870
 871 static bool can_stop_idle_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 872 {
 873         /*
 874          * If this CPU is offline and it is the one which updates
 875          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 876          * the CPU which runs the tick timer next. If we don't drop
 877          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 878          * invoked.
 879          */
 880         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 881                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 882                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 883                 return false;
 884         }
 885
 886         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)) {
 887                 ts->sleep_length = (ktime_t) { .tv64 = NSEC_PER_SEC/HZ };
 888                 return false;
 889         }
 890
 891         if (need_resched())
 892                 return false;
 893
 894         if (unlikely(local_softirq_pending() && cpu_online(cpu))) {
 895                 static int ratelimit;
 896
 897                 if (ratelimit < 10 &&
 898                     (local_softirq_pending() & SOFTIRQ_STOP_IDLE_MASK)) {
 899                         pr_warn("NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 900                                 (unsigned int) local_softirq_pending());
 901                         ratelimit++;
 902                 }
 903                 return false;
 904         }
 905
 906         if (tick_nohz_full_enabled()) {
 907                 /*
 908                  * Keep the tick alive to guarantee timekeeping progression
 909                  * if there are full dynticks CPUs around
 910                  */
 911                 if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 912                         return false;
 913                 /*
 914                  * Boot safety: make sure the timekeeping duty has been
 915                  * assigned before entering dyntick-idle mode,
 916                  */
 917                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 918                         return false;
 919         }
 920
 921         return true;
 922 }
 923
 924 static void __tick_nohz_idle_enter(struct tick_sched *ts)
 925 {
 926         ktime_t now, expires;
 927         int cpu = smp_processor_id();
 928
 929         now = tick_nohz_start_idle(ts);
 930
 931         if (can_stop_idle_tick(cpu, ts)) {
 932                 int was_stopped = ts->tick_stopped;
 933
 934                 ts->idle_calls++;
 935
 936                 expires = tick_nohz_stop_sched_tick(ts, now, cpu);
 937                 if (expires.tv64 > 0LL) {
 938                         ts->idle_sleeps++;
 939                         ts->idle_expires = expires;
 940                 }
 941
 942                 if (!was_stopped && ts->tick_stopped)
 943                         ts->idle_jiffies = ts->last_jiffies;
 944         }
 945 }
 946
 947 /**
 948  * tick_nohz_idle_enter - stop the idle tick from the idle task
 949  *
 950  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 951  * Called when we start the idle loop.
 952  *
 953  * The arch is responsible of calling:
 954  *
 955  * - rcu_idle_enter() after its last use of RCU before the CPU is put
 956  *  to sleep.
 957  * - rcu_idle_exit() before the first use of RCU after the CPU is woken up.
 958  */
 959 void tick_nohz_idle_enter(void)
 960 {
 961         struct tick_sched *ts;
 962
 963         WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
 964
 965         /*
 966          * Update the idle state in the scheduler domain hierarchy
 967          * when tick_nohz_stop_sched_tick() is called from the idle loop.
 968          * State will be updated to busy during the first busy tick after
 969          * exiting idle.
 970          */
 971         set_cpu_sd_state_idle();
 972
 973         local_irq_disable();
 974
 975         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 976         ts->inidle = 1;
 977         __tick_nohz_idle_enter(ts);
 978
 979         local_irq_enable();
 980 }
 981
 982 /**
 983  * tick_nohz_irq_exit - update next tick event from interrupt exit
 984  *
 985  * When an interrupt fires while we are idle and it doesn't cause
 986  * a reschedule, it may still add, modify or delete a timer, enqueue
 987  * an RCU callback, etc...
 988  * So we need to re-calculate and reprogram the next tick event.
 989  */
 990 void tick_nohz_irq_exit(void)
 991 {
 992         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 993
 994         if (ts->inidle)
 995                 __tick_nohz_idle_enter(ts);
 996         else
 997                 tick_nohz_full_update_tick(ts);
 998 }
 999
1000 /**
1001  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
1002  *
1003  * Called from power state control code with interrupts disabled
1004  */
1005 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
1006 {
1007         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1008
1009         return ts->sleep_length;
1010 }
1011
1012 static void tick_nohz_account_idle_ticks(struct tick_sched *ts)
1013 {
1014 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
1015         unsigned long ticks;
1016
1017         if (vtime_accounting_cpu_enabled())
1018                 return;
1019         /*
1020          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
1021          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
1022          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
1023          */
1024         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
1025         /*
1026          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
1027          */
1028         if (ticks && ticks < LONG_MAX)
1029                 account_idle_ticks(ticks);
1030 #endif
1031 }
1032
1033 /**
1034  * tick_nohz_idle_exit - restart the idle tick from the idle task
1035  *
1036  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
1037  * This also exit the RCU extended quiescent state. The CPU
1038  * can use RCU again after this function is called.
1039  */
1040 void tick_nohz_idle_exit(void)
1041 {
1042         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1043         ktime_t now;
1044
1045         local_irq_disable();
1046
1047         WARN_ON_ONCE(!ts->inidle);
1048
1049         ts->inidle = 0;
1050
1051         if (ts->idle_active || ts->tick_stopped)
1052                 now = ktime_get();
1053
1054         if (ts->idle_active)
1055                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1056
1057         if (ts->tick_stopped) {
1058                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, now);
1059                 tick_nohz_account_idle_ticks(ts);
1060         }
1061
1062         local_irq_enable();
1063 }
1064
1065 /*
1066  * The nohz low res interrupt handler
1067  */
1068 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
1069 {
1070         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1071         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1072         ktime_t now = ktime_get();
1073
1074         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
1075
1076         tick_sched_do_timer(now);
1077         tick_sched_handle(ts, regs);
1078
1079         /* No need to reprogram if we are running tickless  */
1080         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1081                 return;
1082
1083         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1084         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
1085 }
1086
1087 static inline void tick_nohz_activate(struct tick_sched *ts, int mode)
1088 {
1089         if (!tick_nohz_enabled)
1090                 return;
1091         ts->nohz_mode = mode;
1092         /* One update is enough */
1093         if (!test_and_set_bit(0, &tick_nohz_active))
1094                 timers_update_migration(true);
1095 }
1096
1097 /**
1098  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
1099  */
1100 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
1101 {
1102         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1103         ktime_t next;
1104
1105         if (!tick_nohz_enabled)
1106                 return;
1107
1108         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler))
1109                 return;
1110
1111         /*
1112          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
1113          * hrtimer_forward with the highres code.
1114          */
1115         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1116         /* Get the next period */
1117         next = tick_init_jiffy_update();
1118
1119         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, next);
1120         hrtimer_forward_now(&ts->sched_timer, tick_period);
1121         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
1122         tick_nohz_activate(ts, NOHZ_MODE_LOWRES);
1123 }
1124
1125 static inline void tick_nohz_irq_enter(void)
1126 {
1127         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1128         ktime_t now;
1129
1130         if (!ts->idle_active && !ts->tick_stopped)
1131                 return;
1132         now = ktime_get();
1133         if (ts->idle_active)
1134                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1135         if (ts->tick_stopped)
1136                 tick_nohz_update_jiffies(now);
1137 }
1138
1139 #else
1140
1141 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
1142 static inline void tick_nohz_irq_enter(void) { }
1143 static inline void tick_nohz_activate(struct tick_sched *ts, int mode) { }
1144
1145 #endif /* CONFIG_NO_HZ_COMMON */
1146
1147 /*
1148  * Called from irq_enter to notify about the possible interruption of idle()
1149  */
1150 void tick_irq_enter(void)
1151 {
1152         tick_check_oneshot_broadcast_this_cpu();
1153         tick_nohz_irq_enter();
1154 }
1155
1156 /*
1157  * High resolution timer specific code
1158  */
1159 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1160 /*
1161  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
1162  * Called with interrupts disabled.
1163  */
1164 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
1165 {
1166         struct tick_sched *ts =
1167                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
1168         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1169         ktime_t now = ktime_get();
1170
1171         tick_sched_do_timer(now);
1172
1173         /*
1174          * Do not call, when we are not in irq context and have
1175          * no valid regs pointer
1176          */
1177         if (regs)
1178                 tick_sched_handle(ts, regs);
1179
1180         /* No need to reprogram if we are in idle or full dynticks mode */
1181         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1182                 return HRTIMER_NORESTART;
1183
1184         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
1185
1186         return HRTIMER_RESTART;
1187 }
1188
1189 static int sched_skew_tick;
1190
1191 static int __init skew_tick(char *str)
1192 {
1193         get_option(&str, &sched_skew_tick);
1194
1195         return 0;
1196 }
1197 early_param("skew_tick", skew_tick);
1198
1199 /**
1200  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
1201  */
1202 void tick_setup_sched_timer(void)
1203 {
1204         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1205         ktime_t now = ktime_get();
1206
1207         /*
1208          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
1209          */
1210         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1211         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
1212
1213         /* Get the next period (per-CPU) */
1214         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, tick_init_jiffy_update());
1215
1216         /* Offset the tick to avert jiffies_lock contention. */
1217         if (sched_skew_tick) {
1218                 u64 offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
1219                 do_div(offset, num_possible_cpus());
1220                 offset *= smp_processor_id();
1221                 hrtimer_add_expires_ns(&ts->sched_timer, offset);
1222         }
1223
1224         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1225         hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
1226         tick_nohz_activate(ts, NOHZ_MODE_HIGHRES);
1227 }
1228 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
1229
1230 #if defined CONFIG_NO_HZ_COMMON || defined CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1231 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
1232 {
1233         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
1234
1235 # ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1236         if (ts->sched_timer.base)
1237                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
1238 # endif
1239
1240         memset(ts, 0, sizeof(*ts));
1241 }
1242 #endif
1243
1244 /**
1245  * Async notification about clocksource changes
1246  */
1247 void tick_clock_notify(void)
1248 {
1249         int cpu;
1250
1251         for_each_possible_cpu(cpu)
1252                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Async notification about clock event changes
1257  */
1258 void tick_oneshot_notify(void)
1259 {
1260         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1261
1262         set_bit(0, &ts->check_clocks);
1263 }
1264
1265 /**
1266  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
1267  *
1268  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
1269  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
1270  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
1271  * or runtime). Called with interrupts disabled.
1272  */
1273 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
1274 {
1275         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1276
1277         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
1278                 return 0;
1279
1280         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
1281                 return 0;
1282
1283         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
1284                 return 0;
1285
1286         if (!allow_nohz)
1287                 return 1;
1288
1289         tick_nohz_switch_to_nohz();
1290         return 0;
1291 }