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         /* Reevalute 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 themself 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(struct tick_sched *ts)
 190 {
 191         WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
 192
 193         if (check_tick_dependency(&tick_dep_mask))
 194                 return false;
 195
 196         if (check_tick_dependency(&ts->tick_dep_mask))
 197                 return false;
 198
 199         if (check_tick_dependency(&current->tick_dep_mask))
 200                 return false;
 201
 202         if (check_tick_dependency(&current->signal->tick_dep_mask))
 203                 return false;
 204
 205         return true;
 206 }
 207
 208 static void nohz_full_kick_func(struct irq_work *work)
 209 {
 210         /* Empty, the tick restart happens on tick_nohz_irq_exit() */
 211 }
 212
 213 static DEFINE_PER_CPU(struct irq_work, nohz_full_kick_work) = {
 214         .func = nohz_full_kick_func,
 215 };
 216
 217 /*
 218  * Kick this CPU if it's full dynticks in order to force it to
 219  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 220  * This kick, unlike tick_nohz_full_kick_cpu() and tick_nohz_full_kick_all(),
 221  * is NMI safe.
 222  */
 223 static void tick_nohz_full_kick(void)
 224 {
 225         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 226                 return;
 227
 228         irq_work_queue(this_cpu_ptr(&nohz_full_kick_work));
 229 }
 230
 231 /*
 232  * Kick the CPU if it's full dynticks in order to force it to
 233  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 234  */
 235 void tick_nohz_full_kick_cpu(int cpu)
 236 {
 237         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 238                 return;
 239
 240         irq_work_queue_on(&per_cpu(nohz_full_kick_work, cpu), cpu);
 241 }
 242
 243 /*
 244  * Kick all full dynticks CPUs in order to force these to re-evaluate
 245  * their dependency on the tick and restart it if necessary.
 246  */
 247 static void tick_nohz_full_kick_all(void)
 248 {
 249         int cpu;
 250
 251         if (!tick_nohz_full_running)
 252                 return;
 253
 254         preempt_disable();
 255         for_each_cpu_and(cpu, tick_nohz_full_mask, cpu_online_mask)
 256                 tick_nohz_full_kick_cpu(cpu);
 257         preempt_enable();
 258 }
 259
 260 static void tick_nohz_dep_set_all(atomic_t *dep,
 261                                   enum tick_dep_bits bit)
 262 {
 263         int prev;
 264
 265         prev = atomic_fetch_or(dep, BIT(bit));
 266         if (!prev)
 267                 tick_nohz_full_kick_all();
 268 }
 269
 270 /*
 271  * Set a global tick dependency. Used by perf events that rely on freq and
 272  * by unstable clock.
 273  */
 274 void tick_nohz_dep_set(enum tick_dep_bits bit)
 275 {
 276         tick_nohz_dep_set_all(&tick_dep_mask, bit);
 277 }
 278
 279 void tick_nohz_dep_clear(enum tick_dep_bits bit)
 280 {
 281         atomic_andnot(BIT(bit), &tick_dep_mask);
 282 }
 283
 284 /*
 285  * Set per-CPU tick dependency. Used by scheduler and perf events in order to
 286  * manage events throttling.
 287  */
 288 void tick_nohz_dep_set_cpu(int cpu, enum tick_dep_bits bit)
 289 {
 290         int prev;
 291         struct tick_sched *ts;
 292
 293         ts = per_cpu_ptr(&tick_cpu_sched, cpu);
 294
 295         prev = atomic_fetch_or(&ts->tick_dep_mask, BIT(bit));
 296         if (!prev) {
 297                 preempt_disable();
 298                 /* Perf needs local kick that is NMI safe */
 299                 if (cpu == smp_processor_id()) {
 300                         tick_nohz_full_kick();
 301                 } else {
 302                         /* Remote irq work not NMI-safe */
 303                         if (!WARN_ON_ONCE(in_nmi()))
 304                                 tick_nohz_full_kick_cpu(cpu);
 305                 }
 306                 preempt_enable();
 307         }
 308 }
 309
 310 void tick_nohz_dep_clear_cpu(int cpu, enum tick_dep_bits bit)
 311 {
 312         struct tick_sched *ts = per_cpu_ptr(&tick_cpu_sched, cpu);
 313
 314         atomic_andnot(BIT(bit), &ts->tick_dep_mask);
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Set a per-task tick dependency. Posix CPU timers need this in order to elapse
 319  * per task timers.
 320  */
 321 void tick_nohz_dep_set_task(struct task_struct *tsk, enum tick_dep_bits bit)
 322 {
 323         /*
 324          * We could optimize this with just kicking the target running the task
 325          * if that noise matters for nohz full users.
 326          */
 327         tick_nohz_dep_set_all(&tsk->tick_dep_mask, bit);
 328 }
 329
 330 void tick_nohz_dep_clear_task(struct task_struct *tsk, enum tick_dep_bits bit)
 331 {
 332         atomic_andnot(BIT(bit), &tsk->tick_dep_mask);
 333 }
 334
 335 /*
 336  * Set a per-taskgroup tick dependency. Posix CPU timers need this in order to elapse
 337  * per process timers.
 338  */
 339 void tick_nohz_dep_set_signal(struct signal_struct *sig, enum tick_dep_bits bit)
 340 {
 341         tick_nohz_dep_set_all(&sig->tick_dep_mask, bit);
 342 }
 343
 344 void tick_nohz_dep_clear_signal(struct signal_struct *sig, enum tick_dep_bits bit)
 345 {
 346         atomic_andnot(BIT(bit), &sig->tick_dep_mask);
 347 }
 348
 349 /*
 350  * Re-evaluate the need for the tick as we switch the current task.
 351  * It might need the tick due to per task/process properties:
 352  * perf events, posix cpu timers, ...
 353  */
 354 void __tick_nohz_task_switch(void)
 355 {
 356         unsigned long flags;
 357         struct tick_sched *ts;
 358
 359         local_irq_save(flags);
 360
 361         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 362                 goto out;
 363
 364         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 365
 366         if (ts->tick_stopped) {
 367                 if (atomic_read(&current->tick_dep_mask) ||
 368                     atomic_read(&current->signal->tick_dep_mask))
 369                         tick_nohz_full_kick();
 370         }
 371 out:
 372         local_irq_restore(flags);
 373 }
 374
 375 /* Parse the boot-time nohz CPU list from the kernel parameters. */
 376 static int __init tick_nohz_full_setup(char *str)
 377 {
 378         alloc_bootmem_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask);
 379         if (cpulist_parse(str, tick_nohz_full_mask) < 0) {
 380                 pr_warn("NO_HZ: Incorrect nohz_full cpumask\n");
 381                 free_bootmem_cpumask_var(tick_nohz_full_mask);
 382                 return 1;
 383         }
 384         tick_nohz_full_running = true;
 385
 386         return 1;
 387 }
 388 __setup("nohz_full=", tick_nohz_full_setup);
 389
 390 static int tick_nohz_cpu_down_callback(struct notifier_block *nfb,
 391                                        unsigned long action,
 392                                        void *hcpu)
 393 {
 394         unsigned int cpu = (unsigned long)hcpu;
 395
 396         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
 397         case CPU_DOWN_PREPARE:
 398                 /*
 399                  * The boot CPU handles housekeeping duty (unbound timers,
 400                  * workqueues, timekeeping, ...) on behalf of full dynticks
 401                  * CPUs. It must remain online when nohz full is enabled.
 402                  */
 403                 if (tick_nohz_full_running && tick_do_timer_cpu == cpu)
 404                         return NOTIFY_BAD;
 405                 break;
 406         }
 407         return NOTIFY_OK;
 408 }
 409
 410 static int tick_nohz_init_all(void)
 411 {
 412         int err = -1;
 413
 414 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL_ALL
 415         if (!alloc_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask, GFP_KERNEL)) {
 416                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate full dynticks cpumask\n");
 417                 return err;
 418         }
 419         err = 0;
 420         cpumask_setall(tick_nohz_full_mask);
 421         tick_nohz_full_running = true;
 422 #endif
 423         return err;
 424 }
 425
 426 void __init tick_nohz_init(void)
 427 {
 428         int cpu;
 429
 430         if (!tick_nohz_full_running) {
 431                 if (tick_nohz_init_all() < 0)
 432                         return;
 433         }
 434
 435         if (!alloc_cpumask_var(&housekeeping_mask, GFP_KERNEL)) {
 436                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate not-full dynticks cpumask\n");
 437                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 438                 tick_nohz_full_running = false;
 439                 return;
 440         }
 441
 442         /*
 443          * Full dynticks uses irq work to drive the tick rescheduling on safe
 444          * locking contexts. But then we need irq work to raise its own
 445          * interrupts to avoid circular dependency on the tick
 446          */
 447         if (!arch_irq_work_has_interrupt()) {
 448                 pr_warn("NO_HZ: Can't run full dynticks because arch doesn't support irq work self-IPIs\n");
 449                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 450                 cpumask_copy(housekeeping_mask, cpu_possible_mask);
 451                 tick_nohz_full_running = false;
 452                 return;
 453         }
 454
 455         cpu = smp_processor_id();
 456
 457         if (cpumask_test_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)) {
 458                 pr_warn("NO_HZ: Clearing %d from nohz_full range for timekeeping\n",
 459                         cpu);
 460                 cpumask_clear_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask);
 461         }
 462
 463         cpumask_andnot(housekeeping_mask,
 464                        cpu_possible_mask, tick_nohz_full_mask);
 465
 466         for_each_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)
 467                 context_tracking_cpu_set(cpu);
 468
 469         cpu_notifier(tick_nohz_cpu_down_callback, 0);
 470         pr_info("NO_HZ: Full dynticks CPUs: %*pbl.\n",
 471                 cpumask_pr_args(tick_nohz_full_mask));
 472
 473         /*
 474          * We need at least one CPU to handle housekeeping work such
 475          * as timekeeping, unbound timers, workqueues, ...
 476          */
 477         WARN_ON_ONCE(cpumask_empty(housekeeping_mask));
 478 }
 479 #endif
 480
 481 /*
 482  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
 483  */
 484 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 485 /*
 486  * NO HZ enabled ?
 487  */
 488 bool tick_nohz_enabled __read_mostly  = true;
 489 unsigned long tick_nohz_active  __read_mostly;
 490 /*
 491  * Enable / Disable tickless mode
 492  */
 493 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 494 {
 495         return (kstrtobool(str, &tick_nohz_enabled) == 0);
 496 }
 497
 498 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 499
 500 int tick_nohz_tick_stopped(void)
 501 {
 502         return __this_cpu_read(tick_cpu_sched.tick_stopped);
 503 }
 504
 505 /**
 506  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 507  *
 508  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 509  *
 510  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 511  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 512  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
 513  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
 514  */
 515 static void tick_nohz_update_jiffies(ktime_t now)
 516 {
 517         unsigned long flags;
 518
 519         __this_cpu_write(tick_cpu_sched.idle_waketime, now);
 520
 521         local_irq_save(flags);
 522         tick_do_update_jiffies64(now);
 523         local_irq_restore(flags);
 524
 525         touch_softlockup_watchdog_sched();
 526 }
 527
 528 /*
 529  * Updates the per cpu time idle statistics counters
 530  */
 531 static void
 532 update_ts_time_stats(int cpu, struct tick_sched *ts, ktime_t now, u64 *last_update_time)
 533 {
 534         ktime_t delta;
 535
 536         if (ts->idle_active) {
 537                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 538                 if (nr_iowait_cpu(cpu) > 0)
 539                         ts->iowait_sleeptime = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 540                 else
 541                         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 542                 ts->idle_entrytime = now;
 543         }
 544
 545         if (last_update_time)
 546                 *last_update_time = ktime_to_us(now);
 547
 548 }
 549
 550 static void tick_nohz_stop_idle(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 551 {
 552         update_ts_time_stats(smp_processor_id(), ts, now, NULL);
 553         ts->idle_active = 0;
 554
 555         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
 556 }
 557
 558 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
 559 {
 560         ktime_t now = ktime_get();
 561
 562         ts->idle_entrytime = now;
 563         ts->idle_active = 1;
 564         sched_clock_idle_sleep_event();
 565         return now;
 566 }
 567
 568 /**
 569  * get_cpu_idle_time_us - get the total idle time of a cpu
 570  * @cpu: CPU number to query
 571  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 572  * counters if NULL.
 573  *
 574  * Return the cummulative idle time (since boot) for a given
 575  * CPU, in microseconds.
 576  *
 577  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 578  * and is as accurate as ktime_get() is.
 579  *
 580  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 581  */
 582 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 583 {
 584         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 585         ktime_t now, idle;
 586
 587         if (!tick_nohz_active)
 588                 return -1;
 589
 590         now = ktime_get();
 591         if (last_update_time) {
 592                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 593                 idle = ts->idle_sleeptime;
 594         } else {
 595                 if (ts->idle_active && !nr_iowait_cpu(cpu)) {
 596                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 597
 598                         idle = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 599                 } else {
 600                         idle = ts->idle_sleeptime;
 601                 }
 602         }
 603
 604         return ktime_to_us(idle);
 605
 606 }
 607 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_idle_time_us);
 608
 609 /**
 610  * get_cpu_iowait_time_us - get the total iowait time of a cpu
 611  * @cpu: CPU number to query
 612  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 613  * counters if NULL.
 614  *
 615  * Return the cummulative iowait time (since boot) for a given
 616  * CPU, in microseconds.
 617  *
 618  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 619  * and is as accurate as ktime_get() is.
 620  *
 621  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 622  */
 623 u64 get_cpu_iowait_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 624 {
 625         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 626         ktime_t now, iowait;
 627
 628         if (!tick_nohz_active)
 629                 return -1;
 630
 631         now = ktime_get();
 632         if (last_update_time) {
 633                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 634                 iowait = ts->iowait_sleeptime;
 635         } else {
 636                 if (ts->idle_active && nr_iowait_cpu(cpu) > 0) {
 637                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 638
 639                         iowait = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 640                 } else {
 641                         iowait = ts->iowait_sleeptime;
 642                 }
 643         }
 644
 645         return ktime_to_us(iowait);
 646 }
 647 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_iowait_time_us);
 648
 649 static void tick_nohz_restart(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 650 {
 651         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 652         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, ts->last_tick);
 653
 654         /* Forward the time to expire in the future */
 655         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 656
 657         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 658                 hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 659         else
 660                 tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
 661 }
 662
 663 static ktime_t tick_nohz_stop_sched_tick(struct tick_sched *ts,
 664                                          ktime_t now, int cpu)
 665 {
 666         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
 667         u64 basemono, next_tick, next_tmr, next_rcu, delta, expires;
 668         unsigned long seq, basejiff;
 669         ktime_t tick;
 670
 671         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 672         do {
 673                 seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
 674                 basemono = last_jiffies_update.tv64;
 675                 basejiff = jiffies;
 676         } while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
 677         ts->last_jiffies = basejiff;
 678
 679         if (rcu_needs_cpu(basemono, &next_rcu) ||
 680             arch_needs_cpu() || irq_work_needs_cpu()) {
 681                 next_tick = basemono + TICK_NSEC;
 682         } else {
 683                 /*
 684                  * Get the next pending timer. If high resolution
 685                  * timers are enabled this only takes the timer wheel
 686                  * timers into account. If high resolution timers are
 687                  * disabled this also looks at the next expiring
 688                  * hrtimer.
 689                  */
 690                 next_tmr = get_next_timer_interrupt(basejiff, basemono);
 691                 ts->next_timer = next_tmr;
 692                 /* Take the next rcu event into account */
 693                 next_tick = next_rcu < next_tmr ? next_rcu : next_tmr;
 694         }
 695
 696         /*
 697          * If the tick is due in the next period, keep it ticking or
 698          * force prod the timer.
 699          */
 700         delta = next_tick - basemono;
 701         if (delta <= (u64)TICK_NSEC) {
 702                 tick.tv64 = 0;
 703                 /*
 704                  * We've not stopped the tick yet, and there's a timer in the
 705                  * next period, so no point in stopping it either, bail.
 706                  */
 707                 if (!ts->tick_stopped)
 708                         goto out;
 709
 710                 /*
 711                  * If, OTOH, we did stop it, but there's a pending (expired)
 712                  * timer reprogram the timer hardware to fire now.
 713                  *
 714                  * We will not restart the tick proper, just prod the timer
 715                  * hardware into firing an interrupt to process the pending
 716                  * timers. Just like tick_irq_exit() will not restart the tick
 717                  * for 'normal' interrupts.
 718                  *
 719                  * Only once we exit the idle loop will we re-enable the tick,
 720                  * see tick_nohz_idle_exit().
 721                  */
 722                 if (delta == 0) {
 723                         tick_nohz_restart(ts, now);
 724                         goto out;
 725                 }
 726         }
 727
 728         /*
 729          * If this cpu is the one which updates jiffies, then give up
 730          * the assignment and let it be taken by the cpu which runs
 731          * the tick timer next, which might be this cpu as well. If we
 732          * don't drop this here the jiffies might be stale and
 733          * do_timer() never invoked. Keep track of the fact that it
 734          * was the one which had the do_timer() duty last. If this cpu
 735          * is the one which had the do_timer() duty last, we limit the
 736          * sleep time to the timekeeping max_deferement value.
 737          * Otherwise we can sleep as long as we want.
 738          */
 739         delta = timekeeping_max_deferment();
 740         if (cpu == tick_do_timer_cpu) {
 741                 tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 742                 ts->do_timer_last = 1;
 743         } else if (tick_do_timer_cpu != TICK_DO_TIMER_NONE) {
 744                 delta = KTIME_MAX;
 745                 ts->do_timer_last = 0;
 746         } else if (!ts->do_timer_last) {
 747                 delta = KTIME_MAX;
 748         }
 749
 750 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 751         /* Limit the tick delta to the maximum scheduler deferment */
 752         if (!ts->inidle)
 753                 delta = min(delta, scheduler_tick_max_deferment());
 754 #endif
 755
 756         /* Calculate the next expiry time */
 757         if (delta < (KTIME_MAX - basemono))
 758                 expires = basemono + delta;
 759         else
 760                 expires = KTIME_MAX;
 761
 762         expires = min_t(u64, expires, next_tick);
 763         tick.tv64 = expires;
 764
 765         /* Skip reprogram of event if its not changed */
 766         if (ts->tick_stopped && (expires == dev->next_event.tv64))
 767                 goto out;
 768
 769         /*
 770          * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 771          * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 772          * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 773          * first call we save the current tick time, so we can restart
 774          * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 775          */
 776         if (!ts->tick_stopped) {
 777                 nohz_balance_enter_idle(cpu);
 778                 calc_load_enter_idle();
 779
 780                 ts->last_tick = hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer);
 781                 ts->tick_stopped = 1;
 782                 trace_tick_stop(1, TICK_DEP_MASK_NONE);
 783         }
 784
 785         /*
 786          * If the expiration time == KTIME_MAX, then we simply stop
 787          * the tick timer.
 788          */
 789         if (unlikely(expires == KTIME_MAX)) {
 790                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 791                         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 792                 goto out;
 793         }
 794
 795         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 796                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, tick, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 797         else
 798                 tick_program_event(tick, 1);
 799 out:
 800         /* Update the estimated sleep length */
 801         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 802         return tick;
 803 }
 804
 805 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now, int active)
 806 {
 807         /* Update jiffies first */
 808         tick_do_update_jiffies64(now);
 809         update_cpu_load_nohz(active);
 810
 811         calc_load_exit_idle();
 812         touch_softlockup_watchdog_sched();
 813         /*
 814          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 815          */
 816         ts->tick_stopped  = 0;
 817         ts->idle_exittime = now;
 818
 819         tick_nohz_restart(ts, now);
 820 }
 821
 822 static void tick_nohz_full_update_tick(struct tick_sched *ts)
 823 {
 824 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 825         int cpu = smp_processor_id();
 826
 827         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 828                 return;
 829
 830         if (!ts->tick_stopped && ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)
 831                 return;
 832
 833         if (can_stop_full_tick(ts))
 834                 tick_nohz_stop_sched_tick(ts, ktime_get(), cpu);
 835         else if (ts->tick_stopped)
 836                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, ktime_get(), 1);
 837 #endif
 838 }
 839
 840 static bool can_stop_idle_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 841 {
 842         /*
 843          * If this cpu is offline and it is the one which updates
 844          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 845          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
 846          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 847          * invoked.
 848          */
 849         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 850                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 851                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 852                 return false;
 853         }
 854
 855         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)) {
 856                 ts->sleep_length = (ktime_t) { .tv64 = NSEC_PER_SEC/HZ };
 857                 return false;
 858         }
 859
 860         if (need_resched())
 861                 return false;
 862
 863         if (unlikely(local_softirq_pending() && cpu_online(cpu))) {
 864                 static int ratelimit;
 865
 866                 if (ratelimit < 10 &&
 867                     (local_softirq_pending() & SOFTIRQ_STOP_IDLE_MASK)) {
 868                         pr_warn("NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 869                                 (unsigned int) local_softirq_pending());
 870                         ratelimit++;
 871                 }
 872                 return false;
 873         }
 874
 875         if (tick_nohz_full_enabled()) {
 876                 /*
 877                  * Keep the tick alive to guarantee timekeeping progression
 878                  * if there are full dynticks CPUs around
 879                  */
 880                 if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 881                         return false;
 882                 /*
 883                  * Boot safety: make sure the timekeeping duty has been
 884                  * assigned before entering dyntick-idle mode,
 885                  */
 886                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 887                         return false;
 888         }
 889
 890         return true;
 891 }
 892
 893 static void __tick_nohz_idle_enter(struct tick_sched *ts)
 894 {
 895         ktime_t now, expires;
 896         int cpu = smp_processor_id();
 897
 898         now = tick_nohz_start_idle(ts);
 899
 900         if (can_stop_idle_tick(cpu, ts)) {
 901                 int was_stopped = ts->tick_stopped;
 902
 903                 ts->idle_calls++;
 904
 905                 expires = tick_nohz_stop_sched_tick(ts, now, cpu);
 906                 if (expires.tv64 > 0LL) {
 907                         ts->idle_sleeps++;
 908                         ts->idle_expires = expires;
 909                 }
 910
 911                 if (!was_stopped && ts->tick_stopped)
 912                         ts->idle_jiffies = ts->last_jiffies;
 913         }
 914 }
 915
 916 /**
 917  * tick_nohz_idle_enter - stop the idle tick from the idle task
 918  *
 919  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 920  * Called when we start the idle loop.
 921  *
 922  * The arch is responsible of calling:
 923  *
 924  * - rcu_idle_enter() after its last use of RCU before the CPU is put
 925  *  to sleep.
 926  * - rcu_idle_exit() before the first use of RCU after the CPU is woken up.
 927  */
 928 void tick_nohz_idle_enter(void)
 929 {
 930         struct tick_sched *ts;
 931
 932         WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
 933
 934         /*
 935          * Update the idle state in the scheduler domain hierarchy
 936          * when tick_nohz_stop_sched_tick() is called from the idle loop.
 937          * State will be updated to busy during the first busy tick after
 938          * exiting idle.
 939          */
 940         set_cpu_sd_state_idle();
 941
 942         local_irq_disable();
 943
 944         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 945         ts->inidle = 1;
 946         __tick_nohz_idle_enter(ts);
 947
 948         local_irq_enable();
 949 }
 950
 951 /**
 952  * tick_nohz_irq_exit - update next tick event from interrupt exit
 953  *
 954  * When an interrupt fires while we are idle and it doesn't cause
 955  * a reschedule, it may still add, modify or delete a timer, enqueue
 956  * an RCU callback, etc...
 957  * So we need to re-calculate and reprogram the next tick event.
 958  */
 959 void tick_nohz_irq_exit(void)
 960 {
 961         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 962
 963         if (ts->inidle)
 964                 __tick_nohz_idle_enter(ts);
 965         else
 966                 tick_nohz_full_update_tick(ts);
 967 }
 968
 969 /**
 970  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
 971  *
 972  * Called from power state control code with interrupts disabled
 973  */
 974 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
 975 {
 976         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 977
 978         return ts->sleep_length;
 979 }
 980
 981 static void tick_nohz_account_idle_ticks(struct tick_sched *ts)
 982 {
 983 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
 984         unsigned long ticks;
 985
 986         if (vtime_accounting_cpu_enabled())
 987                 return;
 988         /*
 989          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 990          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 991          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 992          */
 993         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 994         /*
 995          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 996          */
 997         if (ticks && ticks < LONG_MAX)
 998                 account_idle_ticks(ticks);
 999 #endif
1000 }
1001
1002 /**
1003  * tick_nohz_idle_exit - restart the idle tick from the idle task
1004  *
1005  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
1006  * This also exit the RCU extended quiescent state. The CPU
1007  * can use RCU again after this function is called.
1008  */
1009 void tick_nohz_idle_exit(void)
1010 {
1011         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1012         ktime_t now;
1013
1014         local_irq_disable();
1015
1016         WARN_ON_ONCE(!ts->inidle);
1017
1018         ts->inidle = 0;
1019
1020         if (ts->idle_active || ts->tick_stopped)
1021                 now = ktime_get();
1022
1023         if (ts->idle_active)
1024                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1025
1026         if (ts->tick_stopped) {
1027                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, now, 0);
1028                 tick_nohz_account_idle_ticks(ts);
1029         }
1030
1031         local_irq_enable();
1032 }
1033
1034 /*
1035  * The nohz low res interrupt handler
1036  */
1037 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
1038 {
1039         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1040         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1041         ktime_t now = ktime_get();
1042
1043         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
1044
1045         tick_sched_do_timer(now);
1046         tick_sched_handle(ts, regs);
1047
1048         /* No need to reprogram if we are running tickless  */
1049         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1050                 return;
1051
1052         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1053         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
1054 }
1055
1056 static inline void tick_nohz_activate(struct tick_sched *ts, int mode)
1057 {
1058         if (!tick_nohz_enabled)
1059                 return;
1060         ts->nohz_mode = mode;
1061         /* One update is enough */
1062         if (!test_and_set_bit(0, &tick_nohz_active))
1063                 timers_update_migration(true);
1064 }
1065
1066 /**
1067  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
1068  */
1069 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
1070 {
1071         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1072         ktime_t next;
1073
1074         if (!tick_nohz_enabled)
1075                 return;
1076
1077         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler))
1078                 return;
1079
1080         /*
1081          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
1082          * hrtimer_forward with the highres code.
1083          */
1084         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1085         /* Get the next period */
1086         next = tick_init_jiffy_update();
1087
1088         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, next);
1089         hrtimer_forward_now(&ts->sched_timer, tick_period);
1090         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
1091         tick_nohz_activate(ts, NOHZ_MODE_LOWRES);
1092 }
1093
1094 /*
1095  * When NOHZ is enabled and the tick is stopped, we need to kick the
1096  * tick timer from irq_enter() so that the jiffies update is kept
1097  * alive during long running softirqs. That's ugly as hell, but
1098  * correctness is key even if we need to fix the offending softirq in
1099  * the first place.
1100  *
1101  * Note, this is different to tick_nohz_restart. We just kick the
1102  * timer and do not touch the other magic bits which need to be done
1103  * when idle is left.
1104  */
1105 static void tick_nohz_kick_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
1106 {
1107 #if 0
1108         /* Switch back to 2.6.27 behaviour */
1109         ktime_t delta;
1110
1111         /*
1112          * Do not touch the tick device, when the next expiry is either
1113          * already reached or less/equal than the tick period.
1114          */
1115         delta = ktime_sub(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), now);
1116         if (delta.tv64 <= tick_period.tv64)
1117                 return;
1118
1119         tick_nohz_restart(ts, now);
1120 #endif
1121 }
1122
1123 static inline void tick_nohz_irq_enter(void)
1124 {
1125         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1126         ktime_t now;
1127
1128         if (!ts->idle_active && !ts->tick_stopped)
1129                 return;
1130         now = ktime_get();
1131         if (ts->idle_active)
1132                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1133         if (ts->tick_stopped) {
1134                 tick_nohz_update_jiffies(now);
1135                 tick_nohz_kick_tick(ts, now);
1136         }
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 }