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