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/perf_event.h>
  26 #include <linux/context_tracking.h>
  27
  28 #include <asm/irq_regs.h>
  29
  30 #include "tick-internal.h"
  31
  32 #include <trace/events/timer.h>
  33
  34 /*
  35  * Per cpu nohz control structure
  36  */
  37 DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
  38
  39 /*
  40  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by jiffies_lock.
  41  */
  42 static ktime_t last_jiffies_update;
  43
  44 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
  45 {
  46         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
  47 }
  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();
 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
 155 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 156 cpumask_var_t tick_nohz_full_mask;
 157 cpumask_var_t housekeeping_mask;
 158 bool tick_nohz_full_running;
 159
 160 static bool can_stop_full_tick(void)
 161 {
 162         WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
 163
 164         if (!sched_can_stop_tick()) {
 165                 trace_tick_stop(0, "more than 1 task in runqueue\n");
 166                 return false;
 167         }
 168
 169         if (!posix_cpu_timers_can_stop_tick(current)) {
 170                 trace_tick_stop(0, "posix timers running\n");
 171                 return false;
 172         }
 173
 174         if (!perf_event_can_stop_tick()) {
 175                 trace_tick_stop(0, "perf events running\n");
 176                 return false;
 177         }
 178
 179         /* sched_clock_tick() needs us? */
 180 #ifdef CONFIG_HAVE_UNSTABLE_SCHED_CLOCK
 181         /*
 182          * TODO: kick full dynticks CPUs when
 183          * sched_clock_stable is set.
 184          */
 185         if (!sched_clock_stable()) {
 186                 trace_tick_stop(0, "unstable sched clock\n");
 187                 /*
 188                  * Don't allow the user to think they can get
 189                  * full NO_HZ with this machine.
 190                  */
 191                 WARN_ONCE(tick_nohz_full_running,
 192                           "NO_HZ FULL will not work with unstable sched clock");
 193                 return false;
 194         }
 195 #endif
 196
 197         return true;
 198 }
 199
 200 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now);
 201
 202 /*
 203  * Re-evaluate the need for the tick on the current CPU
 204  * and restart it if necessary.
 205  */
 206 void __tick_nohz_full_check(void)
 207 {
 208         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 209
 210         if (tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id())) {
 211                 if (ts->tick_stopped && !is_idle_task(current)) {
 212                         if (!can_stop_full_tick())
 213                                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, ktime_get());
 214                 }
 215         }
 216 }
 217
 218 static void nohz_full_kick_work_func(struct irq_work *work)
 219 {
 220         __tick_nohz_full_check();
 221 }
 222
 223 static DEFINE_PER_CPU(struct irq_work, nohz_full_kick_work) = {
 224         .func = nohz_full_kick_work_func,
 225 };
 226
 227 /*
 228  * Kick this CPU if it's full dynticks in order to force it to
 229  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 230  * This kick, unlike tick_nohz_full_kick_cpu() and tick_nohz_full_kick_all(),
 231  * is NMI safe.
 232  */
 233 void tick_nohz_full_kick(void)
 234 {
 235         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 236                 return;
 237
 238         irq_work_queue(this_cpu_ptr(&nohz_full_kick_work));
 239 }
 240
 241 /*
 242  * Kick the CPU if it's full dynticks in order to force it to
 243  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 244  */
 245 void tick_nohz_full_kick_cpu(int cpu)
 246 {
 247         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 248                 return;
 249
 250         irq_work_queue_on(&per_cpu(nohz_full_kick_work, cpu), cpu);
 251 }
 252
 253 static void nohz_full_kick_ipi(void *info)
 254 {
 255         __tick_nohz_full_check();
 256 }
 257
 258 /*
 259  * Kick all full dynticks CPUs in order to force these to re-evaluate
 260  * their dependency on the tick and restart it if necessary.
 261  */
 262 void tick_nohz_full_kick_all(void)
 263 {
 264         if (!tick_nohz_full_running)
 265                 return;
 266
 267         preempt_disable();
 268         smp_call_function_many(tick_nohz_full_mask,
 269                                nohz_full_kick_ipi, NULL, false);
 270         tick_nohz_full_kick();
 271         preempt_enable();
 272 }
 273
 274 /*
 275  * Re-evaluate the need for the tick as we switch the current task.
 276  * It might need the tick due to per task/process properties:
 277  * perf events, posix cpu timers, ...
 278  */
 279 void __tick_nohz_task_switch(struct task_struct *tsk)
 280 {
 281         unsigned long flags;
 282
 283         local_irq_save(flags);
 284
 285         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 286                 goto out;
 287
 288         if (tick_nohz_tick_stopped() && !can_stop_full_tick())
 289                 tick_nohz_full_kick();
 290
 291 out:
 292         local_irq_restore(flags);
 293 }
 294
 295 /* Parse the boot-time nohz CPU list from the kernel parameters. */
 296 static int __init tick_nohz_full_setup(char *str)
 297 {
 298         alloc_bootmem_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask);
 299         if (cpulist_parse(str, tick_nohz_full_mask) < 0) {
 300                 pr_warning("NOHZ: Incorrect nohz_full cpumask\n");
 301                 free_bootmem_cpumask_var(tick_nohz_full_mask);
 302                 return 1;
 303         }
 304         tick_nohz_full_running = true;
 305
 306         return 1;
 307 }
 308 __setup("nohz_full=", tick_nohz_full_setup);
 309
 310 static int tick_nohz_cpu_down_callback(struct notifier_block *nfb,
 311                                                  unsigned long action,
 312                                                  void *hcpu)
 313 {
 314         unsigned int cpu = (unsigned long)hcpu;
 315
 316         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
 317         case CPU_DOWN_PREPARE:
 318                 /*
 319                  * If we handle the timekeeping duty for full dynticks CPUs,
 320                  * we can't safely shutdown that CPU.
 321                  */
 322                 if (tick_nohz_full_running && tick_do_timer_cpu == cpu)
 323                         return NOTIFY_BAD;
 324                 break;
 325         }
 326         return NOTIFY_OK;
 327 }
 328
 329 static int tick_nohz_init_all(void)
 330 {
 331         int err = -1;
 332
 333 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL_ALL
 334         if (!alloc_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask, GFP_KERNEL)) {
 335                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate full dynticks cpumask\n");
 336                 return err;
 337         }
 338         err = 0;
 339         cpumask_setall(tick_nohz_full_mask);
 340         tick_nohz_full_running = true;
 341 #endif
 342         return err;
 343 }
 344
 345 void __init tick_nohz_init(void)
 346 {
 347         int cpu;
 348
 349         if (!tick_nohz_full_running) {
 350                 if (tick_nohz_init_all() < 0)
 351                         return;
 352         }
 353
 354         if (!alloc_cpumask_var(&housekeeping_mask, GFP_KERNEL)) {
 355                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate not-full dynticks cpumask\n");
 356                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 357                 tick_nohz_full_running = false;
 358                 return;
 359         }
 360
 361         /*
 362          * Full dynticks uses irq work to drive the tick rescheduling on safe
 363          * locking contexts. But then we need irq work to raise its own
 364          * interrupts to avoid circular dependency on the tick
 365          */
 366         if (!arch_irq_work_has_interrupt()) {
 367                 pr_warning("NO_HZ: Can't run full dynticks because arch doesn't "
 368                            "support irq work self-IPIs\n");
 369                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 370                 cpumask_copy(housekeeping_mask, cpu_possible_mask);
 371                 tick_nohz_full_running = false;
 372                 return;
 373         }
 374
 375         cpu = smp_processor_id();
 376
 377         if (cpumask_test_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)) {
 378                 pr_warning("NO_HZ: Clearing %d from nohz_full range for timekeeping\n", cpu);
 379                 cpumask_clear_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask);
 380         }
 381
 382         cpumask_andnot(housekeeping_mask,
 383                        cpu_possible_mask, tick_nohz_full_mask);
 384
 385         for_each_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)
 386                 context_tracking_cpu_set(cpu);
 387
 388         cpu_notifier(tick_nohz_cpu_down_callback, 0);
 389         pr_info("NO_HZ: Full dynticks CPUs: %*pbl.\n",
 390                 cpumask_pr_args(tick_nohz_full_mask));
 391 }
 392 #endif
 393
 394 /*
 395  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
 396  */
 397 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 398 /*
 399  * NO HZ enabled ?
 400  */
 401 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
 402 int tick_nohz_active  __read_mostly;
 403 /*
 404  * Enable / Disable tickless mode
 405  */
 406 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 407 {
 408         if (!strcmp(str, "off"))
 409                 tick_nohz_enabled = 0;
 410         else if (!strcmp(str, "on"))
 411                 tick_nohz_enabled = 1;
 412         else
 413                 return 0;
 414         return 1;
 415 }
 416
 417 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 418
 419 /**
 420  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 421  *
 422  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 423  *
 424  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 425  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 426  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
 427  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
 428  */
 429 static void tick_nohz_update_jiffies(ktime_t now)
 430 {
 431         unsigned long flags;
 432
 433         __this_cpu_write(tick_cpu_sched.idle_waketime, now);
 434
 435         local_irq_save(flags);
 436         tick_do_update_jiffies64(now);
 437         local_irq_restore(flags);
 438
 439         touch_softlockup_watchdog();
 440 }
 441
 442 /*
 443  * Updates the per cpu time idle statistics counters
 444  */
 445 static void
 446 update_ts_time_stats(int cpu, struct tick_sched *ts, ktime_t now, u64 *last_update_time)
 447 {
 448         ktime_t delta;
 449
 450         if (ts->idle_active) {
 451                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 452                 if (nr_iowait_cpu(cpu) > 0)
 453                         ts->iowait_sleeptime = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 454                 else
 455                         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 456                 ts->idle_entrytime = now;
 457         }
 458
 459         if (last_update_time)
 460                 *last_update_time = ktime_to_us(now);
 461
 462 }
 463
 464 static void tick_nohz_stop_idle(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 465 {
 466         update_ts_time_stats(smp_processor_id(), ts, now, NULL);
 467         ts->idle_active = 0;
 468
 469         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
 470 }
 471
 472 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
 473 {
 474         ktime_t now = ktime_get();
 475
 476         ts->idle_entrytime = now;
 477         ts->idle_active = 1;
 478         sched_clock_idle_sleep_event();
 479         return now;
 480 }
 481
 482 /**
 483  * get_cpu_idle_time_us - get the total idle time of a cpu
 484  * @cpu: CPU number to query
 485  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 486  * counters if NULL.
 487  *
 488  * Return the cummulative idle time (since boot) for a given
 489  * CPU, in microseconds.
 490  *
 491  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 492  * and is as accurate as ktime_get() is.
 493  *
 494  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 495  */
 496 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 497 {
 498         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 499         ktime_t now, idle;
 500
 501         if (!tick_nohz_active)
 502                 return -1;
 503
 504         now = ktime_get();
 505         if (last_update_time) {
 506                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 507                 idle = ts->idle_sleeptime;
 508         } else {
 509                 if (ts->idle_active && !nr_iowait_cpu(cpu)) {
 510                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 511
 512                         idle = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 513                 } else {
 514                         idle = ts->idle_sleeptime;
 515                 }
 516         }
 517
 518         return ktime_to_us(idle);
 519
 520 }
 521 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_idle_time_us);
 522
 523 /**
 524  * get_cpu_iowait_time_us - get the total iowait time of a cpu
 525  * @cpu: CPU number to query
 526  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 527  * counters if NULL.
 528  *
 529  * Return the cummulative iowait time (since boot) for a given
 530  * CPU, in microseconds.
 531  *
 532  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 533  * and is as accurate as ktime_get() is.
 534  *
 535  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 536  */
 537 u64 get_cpu_iowait_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 538 {
 539         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 540         ktime_t now, iowait;
 541
 542         if (!tick_nohz_active)
 543                 return -1;
 544
 545         now = ktime_get();
 546         if (last_update_time) {
 547                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 548                 iowait = ts->iowait_sleeptime;
 549         } else {
 550                 if (ts->idle_active && nr_iowait_cpu(cpu) > 0) {
 551                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 552
 553                         iowait = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 554                 } else {
 555                         iowait = ts->iowait_sleeptime;
 556                 }
 557         }
 558
 559         return ktime_to_us(iowait);
 560 }
 561 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_iowait_time_us);
 562
 563 static ktime_t tick_nohz_stop_sched_tick(struct tick_sched *ts,
 564                                          ktime_t now, int cpu)
 565 {
 566         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies;
 567         ktime_t last_update, expires, ret = { .tv64 = 0 };
 568         unsigned long rcu_delta_jiffies;
 569         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
 570         u64 time_delta;
 571
 572         time_delta = timekeeping_max_deferment();
 573
 574         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 575         do {
 576                 seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
 577                 last_update = last_jiffies_update;
 578                 last_jiffies = jiffies;
 579         } while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
 580
 581         if (rcu_needs_cpu(&rcu_delta_jiffies) ||
 582             arch_needs_cpu() || irq_work_needs_cpu()) {
 583                 next_jiffies = last_jiffies + 1;
 584                 delta_jiffies = 1;
 585         } else {
 586                 /* Get the next timer wheel timer */
 587                 next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 588                 delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 589                 if (rcu_delta_jiffies < delta_jiffies) {
 590                         next_jiffies = last_jiffies + rcu_delta_jiffies;
 591                         delta_jiffies = rcu_delta_jiffies;
 592                 }
 593         }
 594
 595         /*
 596          * Do not stop the tick, if we are only one off (or less)
 597          * or if the cpu is required for RCU:
 598          */
 599         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies <= 1)
 600                 goto out;
 601
 602         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 603         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 604
 605                 /*
 606                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 607                  * give up the assignment and let it be taken by the
 608                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 609                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 610                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 611                  * invoked. Keep track of the fact that it was the one
 612                  * which had the do_timer() duty last. If this cpu is
 613                  * the one which had the do_timer() duty last, we
 614                  * limit the sleep time to the timekeeping
 615                  * max_deferement value which we retrieved
 616                  * above. Otherwise we can sleep as long as we want.
 617                  */
 618                 if (cpu == tick_do_timer_cpu) {
 619                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 620                         ts->do_timer_last = 1;
 621                 } else if (tick_do_timer_cpu != TICK_DO_TIMER_NONE) {
 622                         time_delta = KTIME_MAX;
 623                         ts->do_timer_last = 0;
 624                 } else if (!ts->do_timer_last) {
 625                         time_delta = KTIME_MAX;
 626                 }
 627
 628 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 629                 if (!ts->inidle) {
 630                         time_delta = min(time_delta,
 631                                          scheduler_tick_max_deferment());
 632                 }
 633 #endif
 634
 635                 /*
 636                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 637                  * timer. delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals
 638                  * that there is no timer pending or at least extremely
 639                  * far into the future (12 days for HZ=1000). In this
 640                  * case we set the expiry to the end of time.
 641                  */
 642                 if (likely(delta_jiffies < NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
 643                         /*
 644                          * Calculate the time delta for the next timer event.
 645                          * If the time delta exceeds the maximum time delta
 646                          * permitted by the current clocksource then adjust
 647                          * the time delta accordingly to ensure the
 648                          * clocksource does not wrap.
 649                          */
 650                         time_delta = min_t(u64, time_delta,
 651                                            tick_period.tv64 * delta_jiffies);
 652                 }
 653
 654                 if (time_delta < KTIME_MAX)
 655                         expires = ktime_add_ns(last_update, time_delta);
 656                 else
 657                         expires.tv64 = KTIME_MAX;
 658
 659                 /* Skip reprogram of event if its not changed */
 660                 if (ts->tick_stopped && ktime_equal(expires, dev->next_event))
 661                         goto out;
 662
 663                 ret = expires;
 664
 665                 /*
 666                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 667                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 668                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 669                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 670                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 671                  */
 672                 if (!ts->tick_stopped) {
 673                         nohz_balance_enter_idle(cpu);
 674                         calc_load_enter_idle();
 675
 676                         ts->last_tick = hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer);
 677                         ts->tick_stopped = 1;
 678                         trace_tick_stop(1, " ");
 679                 }
 680
 681                 /*
 682                  * If the expiration time == KTIME_MAX, then
 683                  * in this case we simply stop the tick timer.
 684                  */
 685                  if (unlikely(expires.tv64 == KTIME_MAX)) {
 686                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 687                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 688                         goto out;
 689                 }
 690
 691                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 692                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 693                                       HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 694                         /* Check, if the timer was already in the past */
 695                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 696                                 goto out;
 697                 } else if (!tick_program_event(expires, 0))
 698                                 goto out;
 699                 /*
 700                  * We are past the event already. So we crossed a
 701                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
 702                  * softirq.
 703                  */
 704                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
 705         }
 706         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
 707 out:
 708         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 709         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 710         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 711
 712         return ret;
 713 }
 714
 715 static void tick_nohz_full_stop_tick(struct tick_sched *ts)
 716 {
 717 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 718         int cpu = smp_processor_id();
 719
 720         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu) || is_idle_task(current))
 721                 return;
 722
 723         if (!ts->tick_stopped && ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)
 724                 return;
 725
 726         if (!can_stop_full_tick())
 727                 return;
 728
 729         tick_nohz_stop_sched_tick(ts, ktime_get(), cpu);
 730 #endif
 731 }
 732
 733 static bool can_stop_idle_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 734 {
 735         /*
 736          * If this cpu is offline and it is the one which updates
 737          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 738          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
 739          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 740          * invoked.
 741          */
 742         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 743                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 744                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 745                 return false;
 746         }
 747
 748         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)) {
 749                 ts->sleep_length = (ktime_t) { .tv64 = NSEC_PER_SEC/HZ };
 750                 return false;
 751         }
 752
 753         if (need_resched())
 754                 return false;
 755
 756         if (unlikely(local_softirq_pending() && cpu_online(cpu))) {
 757                 static int ratelimit;
 758
 759                 if (ratelimit < 10 &&
 760                     (local_softirq_pending() & SOFTIRQ_STOP_IDLE_MASK)) {
 761                         pr_warn("NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 762                                 (unsigned int) local_softirq_pending());
 763                         ratelimit++;
 764                 }
 765                 return false;
 766         }
 767
 768         if (tick_nohz_full_enabled()) {
 769                 /*
 770                  * Keep the tick alive to guarantee timekeeping progression
 771                  * if there are full dynticks CPUs around
 772                  */
 773                 if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 774                         return false;
 775                 /*
 776                  * Boot safety: make sure the timekeeping duty has been
 777                  * assigned before entering dyntick-idle mode,
 778                  */
 779                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 780                         return false;
 781         }
 782
 783         return true;
 784 }
 785
 786 static void __tick_nohz_idle_enter(struct tick_sched *ts)
 787 {
 788         ktime_t now, expires;
 789         int cpu = smp_processor_id();
 790
 791         now = tick_nohz_start_idle(ts);
 792
 793         if (can_stop_idle_tick(cpu, ts)) {
 794                 int was_stopped = ts->tick_stopped;
 795
 796                 ts->idle_calls++;
 797
 798                 expires = tick_nohz_stop_sched_tick(ts, now, cpu);
 799                 if (expires.tv64 > 0LL) {
 800                         ts->idle_sleeps++;
 801                         ts->idle_expires = expires;
 802                 }
 803
 804                 if (!was_stopped && ts->tick_stopped)
 805                         ts->idle_jiffies = ts->last_jiffies;
 806         }
 807 }
 808
 809 /**
 810  * tick_nohz_idle_enter - stop the idle tick from the idle task
 811  *
 812  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 813  * Called when we start the idle loop.
 814  *
 815  * The arch is responsible of calling:
 816  *
 817  * - rcu_idle_enter() after its last use of RCU before the CPU is put
 818  *  to sleep.
 819  * - rcu_idle_exit() before the first use of RCU after the CPU is woken up.
 820  */
 821 void tick_nohz_idle_enter(void)
 822 {
 823         struct tick_sched *ts;
 824
 825         WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
 826
 827         /*
 828          * Update the idle state in the scheduler domain hierarchy
 829          * when tick_nohz_stop_sched_tick() is called from the idle loop.
 830          * State will be updated to busy during the first busy tick after
 831          * exiting idle.
 832          */
 833         set_cpu_sd_state_idle();
 834
 835         local_irq_disable();
 836
 837         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 838         ts->inidle = 1;
 839         __tick_nohz_idle_enter(ts);
 840
 841         local_irq_enable();
 842 }
 843
 844 /**
 845  * tick_nohz_irq_exit - update next tick event from interrupt exit
 846  *
 847  * When an interrupt fires while we are idle and it doesn't cause
 848  * a reschedule, it may still add, modify or delete a timer, enqueue
 849  * an RCU callback, etc...
 850  * So we need to re-calculate and reprogram the next tick event.
 851  */
 852 void tick_nohz_irq_exit(void)
 853 {
 854         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 855
 856         if (ts->inidle)
 857                 __tick_nohz_idle_enter(ts);
 858         else
 859                 tick_nohz_full_stop_tick(ts);
 860 }
 861
 862 /**
 863  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
 864  *
 865  * Called from power state control code with interrupts disabled
 866  */
 867 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
 868 {
 869         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 870
 871         return ts->sleep_length;
 872 }
 873
 874 static void tick_nohz_restart(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 875 {
 876         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 877         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, ts->last_tick);
 878
 879         while (1) {
 880                 /* Forward the time to expire in the future */
 881                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 882
 883                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 884                         hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer,
 885                                               HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 886                         /* Check, if the timer was already in the past */
 887                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 888                                 break;
 889                 } else {
 890                         if (!tick_program_event(
 891                                 hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 0))
 892                                 break;
 893                 }
 894                 /* Reread time and update jiffies */
 895                 now = ktime_get();
 896                 tick_do_update_jiffies64(now);
 897         }
 898 }
 899
 900 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 901 {
 902         /* Update jiffies first */
 903         tick_do_update_jiffies64(now);
 904         update_cpu_load_nohz();
 905
 906         calc_load_exit_idle();
 907         touch_softlockup_watchdog();
 908         /*
 909          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 910          */
 911         ts->tick_stopped  = 0;
 912         ts->idle_exittime = now;
 913
 914         tick_nohz_restart(ts, now);
 915 }
 916
 917 static void tick_nohz_account_idle_ticks(struct tick_sched *ts)
 918 {
 919 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
 920         unsigned long ticks;
 921
 922         if (vtime_accounting_enabled())
 923                 return;
 924         /*
 925          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 926          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 927          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 928          */
 929         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 930         /*
 931          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 932          */
 933         if (ticks && ticks < LONG_MAX)
 934                 account_idle_ticks(ticks);
 935 #endif
 936 }
 937
 938 /**
 939  * tick_nohz_idle_exit - restart the idle tick from the idle task
 940  *
 941  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 942  * This also exit the RCU extended quiescent state. The CPU
 943  * can use RCU again after this function is called.
 944  */
 945 void tick_nohz_idle_exit(void)
 946 {
 947         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 948         ktime_t now;
 949
 950         local_irq_disable();
 951
 952         WARN_ON_ONCE(!ts->inidle);
 953
 954         ts->inidle = 0;
 955
 956         if (ts->idle_active || ts->tick_stopped)
 957                 now = ktime_get();
 958
 959         if (ts->idle_active)
 960                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
 961
 962         if (ts->tick_stopped) {
 963                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, now);
 964                 tick_nohz_account_idle_ticks(ts);
 965         }
 966
 967         local_irq_enable();
 968 }
 969
 970 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 971 {
 972         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 973         return tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 0);
 974 }
 975
 976 /*
 977  * The nohz low res interrupt handler
 978  */
 979 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 980 {
 981         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 982         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 983         ktime_t now = ktime_get();
 984
 985         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 986
 987         tick_sched_do_timer(now);
 988         tick_sched_handle(ts, regs);
 989
 990         /* No need to reprogram if we are running tickless  */
 991         if (unlikely(ts->tick_stopped))
 992                 return;
 993
 994         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
 995                 now = ktime_get();
 996                 tick_do_update_jiffies64(now);
 997         }
 998 }
 999
1000 /**
1001  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
1002  */
1003 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
1004 {
1005         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1006         ktime_t next;
1007
1008         if (!tick_nohz_enabled)
1009                 return;
1010
1011         local_irq_disable();
1012         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
1013                 local_irq_enable();
1014                 return;
1015         }
1016         tick_nohz_active = 1;
1017         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
1018
1019         /*
1020          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
1021          * hrtimer_forward with the highres code.
1022          */
1023         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1024         /* Get the next period */
1025         next = tick_init_jiffy_update();
1026
1027         for (;;) {
1028                 hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, next);
1029                 if (!tick_program_event(next, 0))
1030                         break;
1031                 next = ktime_add(next, tick_period);
1032         }
1033         local_irq_enable();
1034 }
1035
1036 /*
1037  * When NOHZ is enabled and the tick is stopped, we need to kick the
1038  * tick timer from irq_enter() so that the jiffies update is kept
1039  * alive during long running softirqs. That's ugly as hell, but
1040  * correctness is key even if we need to fix the offending softirq in
1041  * the first place.
1042  *
1043  * Note, this is different to tick_nohz_restart. We just kick the
1044  * timer and do not touch the other magic bits which need to be done
1045  * when idle is left.
1046  */
1047 static void tick_nohz_kick_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
1048 {
1049 #if 0
1050         /* Switch back to 2.6.27 behaviour */
1051         ktime_t delta;
1052
1053         /*
1054          * Do not touch the tick device, when the next expiry is either
1055          * already reached or less/equal than the tick period.
1056          */
1057         delta = ktime_sub(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), now);
1058         if (delta.tv64 <= tick_period.tv64)
1059                 return;
1060
1061         tick_nohz_restart(ts, now);
1062 #endif
1063 }
1064
1065 static inline void tick_nohz_irq_enter(void)
1066 {
1067         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1068         ktime_t now;
1069
1070         if (!ts->idle_active && !ts->tick_stopped)
1071                 return;
1072         now = ktime_get();
1073         if (ts->idle_active)
1074                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1075         if (ts->tick_stopped) {
1076                 tick_nohz_update_jiffies(now);
1077                 tick_nohz_kick_tick(ts, now);
1078         }
1079 }
1080
1081 #else
1082
1083 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
1084 static inline void tick_nohz_irq_enter(void) { }
1085
1086 #endif /* CONFIG_NO_HZ_COMMON */
1087
1088 /*
1089  * Called from irq_enter to notify about the possible interruption of idle()
1090  */
1091 void tick_irq_enter(void)
1092 {
1093         tick_check_oneshot_broadcast_this_cpu();
1094         tick_nohz_irq_enter();
1095 }
1096
1097 /*
1098  * High resolution timer specific code
1099  */
1100 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1101 /*
1102  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
1103  * Called with interrupts disabled.
1104  */
1105 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
1106 {
1107         struct tick_sched *ts =
1108                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
1109         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1110         ktime_t now = ktime_get();
1111
1112         tick_sched_do_timer(now);
1113
1114         /*
1115          * Do not call, when we are not in irq context and have
1116          * no valid regs pointer
1117          */
1118         if (regs)
1119                 tick_sched_handle(ts, regs);
1120
1121         /* No need to reprogram if we are in idle or full dynticks mode */
1122         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1123                 return HRTIMER_NORESTART;
1124
1125         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
1126
1127         return HRTIMER_RESTART;
1128 }
1129
1130 static int sched_skew_tick;
1131
1132 static int __init skew_tick(char *str)
1133 {
1134         get_option(&str, &sched_skew_tick);
1135
1136         return 0;
1137 }
1138 early_param("skew_tick", skew_tick);
1139
1140 /**
1141  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
1142  */
1143 void tick_setup_sched_timer(void)
1144 {
1145         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1146         ktime_t now = ktime_get();
1147
1148         /*
1149          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
1150          */
1151         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1152         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
1153
1154         /* Get the next period (per cpu) */
1155         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, tick_init_jiffy_update());
1156
1157         /* Offset the tick to avert jiffies_lock contention. */
1158         if (sched_skew_tick) {
1159                 u64 offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
1160                 do_div(offset, num_possible_cpus());
1161                 offset *= smp_processor_id();
1162                 hrtimer_add_expires_ns(&ts->sched_timer, offset);
1163         }
1164
1165         for (;;) {
1166                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1167                 hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer,
1168                                       HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
1169                 /* Check, if the timer was already in the past */
1170                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
1171                         break;
1172                 now = ktime_get();
1173         }
1174
1175 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
1176         if (tick_nohz_enabled) {
1177                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
1178                 tick_nohz_active = 1;
1179         }
1180 #endif
1181 }
1182 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
1183
1184 #if defined CONFIG_NO_HZ_COMMON || defined CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1185 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
1186 {
1187         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
1188
1189 # ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1190         if (ts->sched_timer.base)
1191                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
1192 # endif
1193
1194         memset(ts, 0, sizeof(*ts));
1195 }
1196 #endif
1197
1198 /**
1199  * Async notification about clocksource changes
1200  */
1201 void tick_clock_notify(void)
1202 {
1203         int cpu;
1204
1205         for_each_possible_cpu(cpu)
1206                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
1207 }
1208
1209 /*
1210  * Async notification about clock event changes
1211  */
1212 void tick_oneshot_notify(void)
1213 {
1214         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1215
1216         set_bit(0, &ts->check_clocks);
1217 }
1218
1219 /**
1220  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
1221  *
1222  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
1223  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
1224  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
1225  * or runtime).
1226  */
1227 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
1228 {
1229         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1230
1231         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
1232                 return 0;
1233
1234         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
1235                 return 0;
1236
1237         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
1238                 return 0;
1239
1240         if (!allow_nohz)
1241                 return 1;
1242
1243         tick_nohz_switch_to_nohz();
1244         return 0;
1245 }