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/nmi.h>
  21 #include <linux/profile.h>
  22 #include <linux/sched/signal.h>
  23 #include <linux/sched/clock.h>
  24 #include <linux/sched/stat.h>
  25 #include <linux/sched/nohz.h>
  26 #include <linux/module.h>
  27 #include <linux/irq_work.h>
  28 #include <linux/posix-timers.h>
  29 #include <linux/context_tracking.h>
  30
  31 #include <asm/irq_regs.h>
  32
  33 #include "tick-internal.h"
  34
  35 #include <trace/events/timer.h>
  36
  37 /*
  38  * Per-CPU nohz control structure
  39  */
  40 static DEFINE_PER_CPU(struct tick_sched, tick_cpu_sched);
  41
  42 struct tick_sched *tick_get_tick_sched(int cpu)
  43 {
  44         return &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
  45 }
  46
  47 #if defined(CONFIG_NO_HZ_COMMON) || defined(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS)
  48 /*
  49  * The time, when the last jiffy update happened. Protected by jiffies_lock.
  50  */
  51 static ktime_t last_jiffies_update;
  52
  53 /*
  54  * Must be called with interrupts disabled !
  55  */
  56 static void tick_do_update_jiffies64(ktime_t now)
  57 {
  58         unsigned long ticks = 0;
  59         ktime_t delta;
  60
  61         /*
  62          * Do a quick check without holding jiffies_lock:
  63          * The READ_ONCE() pairs with two updates done later in this function.
  64          */
  65         delta = ktime_sub(now, READ_ONCE(last_jiffies_update));
  66         if (delta < tick_period)
  67                 return;
  68
  69         /* Reevaluate with jiffies_lock held */
  70         write_seqlock(&jiffies_lock);
  71
  72         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
  73         if (delta >= tick_period) {
  74
  75                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
  76                 /* Pairs with the lockless read in this function. */
  77                 WRITE_ONCE(last_jiffies_update,
  78                            ktime_add(last_jiffies_update, tick_period));
  79
  80                 /* Slow path for long timeouts */
  81                 if (unlikely(delta >= tick_period)) {
  82                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
  83
  84                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
  85
  86                         /* Pairs with the lockless read in this function. */
  87                         WRITE_ONCE(last_jiffies_update,
  88                                    ktime_add_ns(last_jiffies_update,
  89                                                 incr * ticks));
  90                 }
  91                 do_timer(++ticks);
  92
  93                 /* Keep the tick_next_period variable up to date */
  94                 tick_next_period = ktime_add(last_jiffies_update, tick_period);
  95         } else {
  96                 write_sequnlock(&jiffies_lock);
  97                 return;
  98         }
  99         write_sequnlock(&jiffies_lock);
 100         update_wall_time();
 101 }
 102
 103 /*
 104  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
 105  */
 106 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
 107 {
 108         ktime_t period;
 109
 110         write_seqlock(&jiffies_lock);
 111         /* Did we start the jiffies update yet ? */
 112         if (last_jiffies_update == 0)
 113                 last_jiffies_update = tick_next_period;
 114         period = last_jiffies_update;
 115         write_sequnlock(&jiffies_lock);
 116         return period;
 117 }
 118
 119
 120 static void tick_sched_do_timer(ktime_t now)
 121 {
 122         int cpu = smp_processor_id();
 123
 124 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 125         /*
 126          * Check if the do_timer duty was dropped. We don't care about
 127          * concurrency: This happens only when the CPU in charge went
 128          * into a long sleep. If two CPUs happen to assign themselves to
 129          * this duty, then the jiffies update is still serialized by
 130          * jiffies_lock.
 131          */
 132         if (unlikely(tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 133             && !tick_nohz_full_cpu(cpu))
 134                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 135 #endif
 136
 137         /* Check, if the jiffies need an update */
 138         if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 139                 tick_do_update_jiffies64(now);
 140 }
 141
 142 static void tick_sched_handle(struct tick_sched *ts, struct pt_regs *regs)
 143 {
 144 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 145         /*
 146          * When we are idle and the tick is stopped, we have to touch
 147          * the watchdog as we might not schedule for a really long
 148          * time. This happens on complete idle SMP systems while
 149          * waiting on the login prompt. We also increment the "start of
 150          * idle" jiffy stamp so the idle accounting adjustment we do
 151          * when we go busy again does not account too much ticks.
 152          */
 153         if (ts->tick_stopped) {
 154                 touch_softlockup_watchdog_sched();
 155                 if (is_idle_task(current))
 156                         ts->idle_jiffies++;
 157                 /*
 158                  * In case the current tick fired too early past its expected
 159                  * expiration, make sure we don't bypass the next clock reprogramming
 160                  * to the same deadline.
 161                  */
 162                 ts->next_tick = 0;
 163         }
 164 #endif
 165         update_process_times(user_mode(regs));
 166         profile_tick(CPU_PROFILING);
 167 }
 168 #endif
 169
 170 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 171 cpumask_var_t tick_nohz_full_mask;
 172 cpumask_var_t housekeeping_mask;
 173 bool tick_nohz_full_running;
 174 static atomic_t tick_dep_mask;
 175
 176 static bool check_tick_dependency(atomic_t *dep)
 177 {
 178         int val = atomic_read(dep);
 179
 180         if (val & TICK_DEP_MASK_POSIX_TIMER) {
 181                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_POSIX_TIMER);
 182                 return true;
 183         }
 184
 185         if (val & TICK_DEP_MASK_PERF_EVENTS) {
 186                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_PERF_EVENTS);
 187                 return true;
 188         }
 189
 190         if (val & TICK_DEP_MASK_SCHED) {
 191                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_SCHED);
 192                 return true;
 193         }
 194
 195         if (val & TICK_DEP_MASK_CLOCK_UNSTABLE) {
 196                 trace_tick_stop(0, TICK_DEP_MASK_CLOCK_UNSTABLE);
 197                 return true;
 198         }
 199
 200         return false;
 201 }
 202
 203 static bool can_stop_full_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 204 {
 205         WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
 206
 207         if (unlikely(!cpu_online(cpu)))
 208                 return false;
 209
 210         if (check_tick_dependency(&tick_dep_mask))
 211                 return false;
 212
 213         if (check_tick_dependency(&ts->tick_dep_mask))
 214                 return false;
 215
 216         if (check_tick_dependency(&current->tick_dep_mask))
 217                 return false;
 218
 219         if (check_tick_dependency(&current->signal->tick_dep_mask))
 220                 return false;
 221
 222         return true;
 223 }
 224
 225 static void nohz_full_kick_func(struct irq_work *work)
 226 {
 227         /* Empty, the tick restart happens on tick_nohz_irq_exit() */
 228 }
 229
 230 static DEFINE_PER_CPU(struct irq_work, nohz_full_kick_work) = {
 231         .func = nohz_full_kick_func,
 232 };
 233
 234 /*
 235  * Kick this CPU if it's full dynticks in order to force it to
 236  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 237  * This kick, unlike tick_nohz_full_kick_cpu() and tick_nohz_full_kick_all(),
 238  * is NMI safe.
 239  */
 240 static void tick_nohz_full_kick(void)
 241 {
 242         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 243                 return;
 244
 245         irq_work_queue(this_cpu_ptr(&nohz_full_kick_work));
 246 }
 247
 248 /*
 249  * Kick the CPU if it's full dynticks in order to force it to
 250  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 251  */
 252 void tick_nohz_full_kick_cpu(int cpu)
 253 {
 254         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 255                 return;
 256
 257         irq_work_queue_on(&per_cpu(nohz_full_kick_work, cpu), cpu);
 258 }
 259
 260 /*
 261  * Kick all full dynticks CPUs in order to force these to re-evaluate
 262  * their dependency on the tick and restart it if necessary.
 263  */
 264 static void tick_nohz_full_kick_all(void)
 265 {
 266         int cpu;
 267
 268         if (!tick_nohz_full_running)
 269                 return;
 270
 271         preempt_disable();
 272         for_each_cpu_and(cpu, tick_nohz_full_mask, cpu_online_mask)
 273                 tick_nohz_full_kick_cpu(cpu);
 274         preempt_enable();
 275 }
 276
 277 static void tick_nohz_dep_set_all(atomic_t *dep,
 278                                   enum tick_dep_bits bit)
 279 {
 280         int prev;
 281
 282         prev = atomic_fetch_or(BIT(bit), dep);
 283         if (!prev)
 284                 tick_nohz_full_kick_all();
 285 }
 286
 287 /*
 288  * Set a global tick dependency. Used by perf events that rely on freq and
 289  * by unstable clock.
 290  */
 291 void tick_nohz_dep_set(enum tick_dep_bits bit)
 292 {
 293         tick_nohz_dep_set_all(&tick_dep_mask, bit);
 294 }
 295
 296 void tick_nohz_dep_clear(enum tick_dep_bits bit)
 297 {
 298         atomic_andnot(BIT(bit), &tick_dep_mask);
 299 }
 300
 301 /*
 302  * Set per-CPU tick dependency. Used by scheduler and perf events in order to
 303  * manage events throttling.
 304  */
 305 void tick_nohz_dep_set_cpu(int cpu, enum tick_dep_bits bit)
 306 {
 307         int prev;
 308         struct tick_sched *ts;
 309
 310         ts = per_cpu_ptr(&tick_cpu_sched, cpu);
 311
 312         prev = atomic_fetch_or(BIT(bit), &ts->tick_dep_mask);
 313         if (!prev) {
 314                 preempt_disable();
 315                 /* Perf needs local kick that is NMI safe */
 316                 if (cpu == smp_processor_id()) {
 317                         tick_nohz_full_kick();
 318                 } else {
 319                         /* Remote irq work not NMI-safe */
 320                         if (!WARN_ON_ONCE(in_nmi()))
 321                                 tick_nohz_full_kick_cpu(cpu);
 322                 }
 323                 preempt_enable();
 324         }
 325 }
 326
 327 void tick_nohz_dep_clear_cpu(int cpu, enum tick_dep_bits bit)
 328 {
 329         struct tick_sched *ts = per_cpu_ptr(&tick_cpu_sched, cpu);
 330
 331         atomic_andnot(BIT(bit), &ts->tick_dep_mask);
 332 }
 333
 334 /*
 335  * Set a per-task tick dependency. Posix CPU timers need this in order to elapse
 336  * per task timers.
 337  */
 338 void tick_nohz_dep_set_task(struct task_struct *tsk, enum tick_dep_bits bit)
 339 {
 340         /*
 341          * We could optimize this with just kicking the target running the task
 342          * if that noise matters for nohz full users.
 343          */
 344         tick_nohz_dep_set_all(&tsk->tick_dep_mask, bit);
 345 }
 346
 347 void tick_nohz_dep_clear_task(struct task_struct *tsk, enum tick_dep_bits bit)
 348 {
 349         atomic_andnot(BIT(bit), &tsk->tick_dep_mask);
 350 }
 351
 352 /*
 353  * Set a per-taskgroup tick dependency. Posix CPU timers need this in order to elapse
 354  * per process timers.
 355  */
 356 void tick_nohz_dep_set_signal(struct signal_struct *sig, enum tick_dep_bits bit)
 357 {
 358         tick_nohz_dep_set_all(&sig->tick_dep_mask, bit);
 359 }
 360
 361 void tick_nohz_dep_clear_signal(struct signal_struct *sig, enum tick_dep_bits bit)
 362 {
 363         atomic_andnot(BIT(bit), &sig->tick_dep_mask);
 364 }
 365
 366 /*
 367  * Re-evaluate the need for the tick as we switch the current task.
 368  * It might need the tick due to per task/process properties:
 369  * perf events, posix CPU timers, ...
 370  */
 371 void __tick_nohz_task_switch(void)
 372 {
 373         unsigned long flags;
 374         struct tick_sched *ts;
 375
 376         local_irq_save(flags);
 377
 378         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 379                 goto out;
 380
 381         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 382
 383         if (ts->tick_stopped) {
 384                 if (atomic_read(&current->tick_dep_mask) ||
 385                     atomic_read(&current->signal->tick_dep_mask))
 386                         tick_nohz_full_kick();
 387         }
 388 out:
 389         local_irq_restore(flags);
 390 }
 391
 392 /* Parse the boot-time nohz CPU list from the kernel parameters. */
 393 static int __init tick_nohz_full_setup(char *str)
 394 {
 395         alloc_bootmem_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask);
 396         if (cpulist_parse(str, tick_nohz_full_mask) < 0) {
 397                 pr_warn("NO_HZ: Incorrect nohz_full cpumask\n");
 398                 free_bootmem_cpumask_var(tick_nohz_full_mask);
 399                 return 1;
 400         }
 401         tick_nohz_full_running = true;
 402
 403         return 1;
 404 }
 405 __setup("nohz_full=", tick_nohz_full_setup);
 406
 407 static int tick_nohz_cpu_down(unsigned int cpu)
 408 {
 409         /*
 410          * The boot CPU handles housekeeping duty (unbound timers,
 411          * workqueues, timekeeping, ...) on behalf of full dynticks
 412          * CPUs. It must remain online when nohz full is enabled.
 413          */
 414         if (tick_nohz_full_running && tick_do_timer_cpu == cpu)
 415                 return -EBUSY;
 416         return 0;
 417 }
 418
 419 static int tick_nohz_init_all(void)
 420 {
 421         int err = -1;
 422
 423 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL_ALL
 424         if (!alloc_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask, GFP_KERNEL)) {
 425                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate full dynticks cpumask\n");
 426                 return err;
 427         }
 428         err = 0;
 429         cpumask_setall(tick_nohz_full_mask);
 430         tick_nohz_full_running = true;
 431 #endif
 432         return err;
 433 }
 434
 435 void __init tick_nohz_init(void)
 436 {
 437         int cpu, ret;
 438
 439         if (!tick_nohz_full_running) {
 440                 if (tick_nohz_init_all() < 0)
 441                         return;
 442         }
 443
 444         if (!alloc_cpumask_var(&housekeeping_mask, GFP_KERNEL)) {
 445                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate not-full dynticks cpumask\n");
 446                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 447                 tick_nohz_full_running = false;
 448                 return;
 449         }
 450
 451         /*
 452          * Full dynticks uses irq work to drive the tick rescheduling on safe
 453          * locking contexts. But then we need irq work to raise its own
 454          * interrupts to avoid circular dependency on the tick
 455          */
 456         if (!arch_irq_work_has_interrupt()) {
 457                 pr_warn("NO_HZ: Can't run full dynticks because arch doesn't support irq work self-IPIs\n");
 458                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 459                 cpumask_copy(housekeeping_mask, cpu_possible_mask);
 460                 tick_nohz_full_running = false;
 461                 return;
 462         }
 463
 464         cpu = smp_processor_id();
 465
 466         if (cpumask_test_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)) {
 467                 pr_warn("NO_HZ: Clearing %d from nohz_full range for timekeeping\n",
 468                         cpu);
 469                 cpumask_clear_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask);
 470         }
 471
 472         cpumask_andnot(housekeeping_mask,
 473                        cpu_possible_mask, tick_nohz_full_mask);
 474
 475         for_each_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)
 476                 context_tracking_cpu_set(cpu);
 477
 478         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_AP_ONLINE_DYN,
 479                                         "kernel/nohz:predown", NULL,
 480                                         tick_nohz_cpu_down);
 481         WARN_ON(ret < 0);
 482         pr_info("NO_HZ: Full dynticks CPUs: %*pbl.\n",
 483                 cpumask_pr_args(tick_nohz_full_mask));
 484
 485         /*
 486          * We need at least one CPU to handle housekeeping work such
 487          * as timekeeping, unbound timers, workqueues, ...
 488          */
 489         WARN_ON_ONCE(cpumask_empty(housekeeping_mask));
 490 }
 491 #endif
 492
 493 /*
 494  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
 495  */
 496 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 497 /*
 498  * NO HZ enabled ?
 499  */
 500 bool tick_nohz_enabled __read_mostly  = true;
 501 unsigned long tick_nohz_active  __read_mostly;
 502 /*
 503  * Enable / Disable tickless mode
 504  */
 505 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 506 {
 507         return (kstrtobool(str, &tick_nohz_enabled) == 0);
 508 }
 509
 510 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 511
 512 int tick_nohz_tick_stopped(void)
 513 {
 514         return __this_cpu_read(tick_cpu_sched.tick_stopped);
 515 }
 516
 517 /**
 518  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 519  *
 520  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 521  *
 522  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 523  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 524  * value. We do this unconditionally on any CPU, as we don't know whether the
 525  * CPU, which has the update task assigned is in a long sleep.
 526  */
 527 static void tick_nohz_update_jiffies(ktime_t now)
 528 {
 529         unsigned long flags;
 530
 531         __this_cpu_write(tick_cpu_sched.idle_waketime, now);
 532
 533         local_irq_save(flags);
 534         tick_do_update_jiffies64(now);
 535         local_irq_restore(flags);
 536
 537         touch_softlockup_watchdog_sched();
 538 }
 539
 540 /*
 541  * Updates the per-CPU time idle statistics counters
 542  */
 543 static void
 544 update_ts_time_stats(int cpu, struct tick_sched *ts, ktime_t now, u64 *last_update_time)
 545 {
 546         ktime_t delta;
 547
 548         if (ts->idle_active) {
 549                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 550                 if (nr_iowait_cpu(cpu) > 0)
 551                         ts->iowait_sleeptime = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 552                 else
 553                         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 554                 ts->idle_entrytime = now;
 555         }
 556
 557         if (last_update_time)
 558                 *last_update_time = ktime_to_us(now);
 559
 560 }
 561
 562 static void tick_nohz_stop_idle(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 563 {
 564         update_ts_time_stats(smp_processor_id(), ts, now, NULL);
 565         ts->idle_active = 0;
 566
 567         sched_clock_idle_wakeup_event();
 568 }
 569
 570 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
 571 {
 572         ktime_t now = ktime_get();
 573
 574         ts->idle_entrytime = now;
 575         ts->idle_active = 1;
 576         sched_clock_idle_sleep_event();
 577         return now;
 578 }
 579
 580 /**
 581  * get_cpu_idle_time_us - get the total idle time of a CPU
 582  * @cpu: CPU number to query
 583  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 584  * counters if NULL.
 585  *
 586  * Return the cumulative idle time (since boot) for a given
 587  * CPU, in microseconds.
 588  *
 589  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 590  * and is as accurate as ktime_get() is.
 591  *
 592  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 593  */
 594 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 595 {
 596         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 597         ktime_t now, idle;
 598
 599         if (!tick_nohz_active)
 600                 return -1;
 601
 602         now = ktime_get();
 603         if (last_update_time) {
 604                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 605                 idle = ts->idle_sleeptime;
 606         } else {
 607                 if (ts->idle_active && !nr_iowait_cpu(cpu)) {
 608                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 609
 610                         idle = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 611                 } else {
 612                         idle = ts->idle_sleeptime;
 613                 }
 614         }
 615
 616         return ktime_to_us(idle);
 617
 618 }
 619 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_idle_time_us);
 620
 621 /**
 622  * get_cpu_iowait_time_us - get the total iowait time of a CPU
 623  * @cpu: CPU number to query
 624  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 625  * counters if NULL.
 626  *
 627  * Return the cumulative iowait time (since boot) for a given
 628  * CPU, in microseconds.
 629  *
 630  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 631  * and is as accurate as ktime_get() is.
 632  *
 633  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 634  */
 635 u64 get_cpu_iowait_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 636 {
 637         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 638         ktime_t now, iowait;
 639
 640         if (!tick_nohz_active)
 641                 return -1;
 642
 643         now = ktime_get();
 644         if (last_update_time) {
 645                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 646                 iowait = ts->iowait_sleeptime;
 647         } else {
 648                 if (ts->idle_active && nr_iowait_cpu(cpu) > 0) {
 649                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 650
 651                         iowait = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 652                 } else {
 653                         iowait = ts->iowait_sleeptime;
 654                 }
 655         }
 656
 657         return ktime_to_us(iowait);
 658 }
 659 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_iowait_time_us);
 660
 661 static void tick_nohz_restart(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 662 {
 663         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 664         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, ts->last_tick);
 665
 666         /* Forward the time to expire in the future */
 667         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 668
 669         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 670                 hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 671         else
 672                 tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
 673
 674         /*
 675          * Reset to make sure next tick stop doesn't get fooled by past
 676          * cached clock deadline.
 677          */
 678         ts->next_tick = 0;
 679 }
 680
 681 static inline bool local_timer_softirq_pending(void)
 682 {
 683         return local_softirq_pending() & BIT(TIMER_SOFTIRQ);
 684 }
 685
 686 static ktime_t tick_nohz_stop_sched_tick(struct tick_sched *ts,
 687                                          ktime_t now, int cpu)
 688 {
 689         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
 690         u64 basemono, next_tick, next_tmr, next_rcu, delta, expires;
 691         unsigned long seq, basejiff;
 692         ktime_t tick;
 693
 694         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 695         do {
 696                 seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
 697                 basemono = last_jiffies_update;
 698                 basejiff = jiffies;
 699         } while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
 700         ts->last_jiffies = basejiff;
 701
 702         /*
 703          * Keep the periodic tick, when RCU, architecture or irq_work
 704          * requests it.
 705          * Aside of that check whether the local timer softirq is
 706          * pending. If so its a bad idea to call get_next_timer_interrupt()
 707          * because there is an already expired timer, so it will request
 708          * immeditate expiry, which rearms the hardware timer with a
 709          * minimal delta which brings us back to this place
 710          * immediately. Lather, rinse and repeat...
 711          */
 712         if (rcu_needs_cpu(basemono, &next_rcu) || arch_needs_cpu() ||
 713             irq_work_needs_cpu() || local_timer_softirq_pending()) {
 714                 next_tick = basemono + TICK_NSEC;
 715         } else {
 716                 /*
 717                  * Get the next pending timer. If high resolution
 718                  * timers are enabled this only takes the timer wheel
 719                  * timers into account. If high resolution timers are
 720                  * disabled this also looks at the next expiring
 721                  * hrtimer.
 722                  */
 723                 next_tmr = get_next_timer_interrupt(basejiff, basemono);
 724                 ts->next_timer = next_tmr;
 725                 /* Take the next rcu event into account */
 726                 next_tick = next_rcu < next_tmr ? next_rcu : next_tmr;
 727         }
 728
 729         /*
 730          * If the tick is due in the next period, keep it ticking or
 731          * force prod the timer.
 732          */
 733         delta = next_tick - basemono;
 734         if (delta <= (u64)TICK_NSEC) {
 735                 /*
 736                  * Tell the timer code that the base is not idle, i.e. undo
 737                  * the effect of get_next_timer_interrupt():
 738                  */
 739                 timer_clear_idle();
 740                 /*
 741                  * We've not stopped the tick yet, and there's a timer in the
 742                  * next period, so no point in stopping it either, bail.
 743                  */
 744                 if (!ts->tick_stopped) {
 745                         tick = 0;
 746                         goto out;
 747                 }
 748         }
 749
 750         /*
 751          * If this CPU is the one which updates jiffies, then give up
 752          * the assignment and let it be taken by the CPU which runs
 753          * the tick timer next, which might be this CPU as well. If we
 754          * don't drop this here the jiffies might be stale and
 755          * do_timer() never invoked. Keep track of the fact that it
 756          * was the one which had the do_timer() duty last. If this CPU
 757          * is the one which had the do_timer() duty last, we limit the
 758          * sleep time to the timekeeping max_deferment value.
 759          * Otherwise we can sleep as long as we want.
 760          */
 761         delta = timekeeping_max_deferment();
 762         if (cpu == tick_do_timer_cpu) {
 763                 tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 764                 ts->do_timer_last = 1;
 765         } else if (tick_do_timer_cpu != TICK_DO_TIMER_NONE) {
 766                 delta = KTIME_MAX;
 767                 ts->do_timer_last = 0;
 768         } else if (!ts->do_timer_last) {
 769                 delta = KTIME_MAX;
 770         }
 771
 772 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 773         /* Limit the tick delta to the maximum scheduler deferment */
 774         if (!ts->inidle)
 775                 delta = min(delta, scheduler_tick_max_deferment());
 776 #endif
 777
 778         /* Calculate the next expiry time */
 779         if (delta < (KTIME_MAX - basemono))
 780                 expires = basemono + delta;
 781         else
 782                 expires = KTIME_MAX;
 783
 784         expires = min_t(u64, expires, next_tick);
 785         tick = expires;
 786
 787         /* Skip reprogram of event if its not changed */
 788         if (ts->tick_stopped && (expires == ts->next_tick)) {
 789                 /* Sanity check: make sure clockevent is actually programmed */
 790                 if (tick == KTIME_MAX || ts->next_tick == hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer))
 791                         goto out;
 792
 793                 WARN_ON_ONCE(1);
 794                 printk_once("basemono: %llu ts->next_tick: %llu dev->next_event: %llu timer->active: %d timer->expires: %llu\n",
 795                             basemono, ts->next_tick, dev->next_event,
 796                             hrtimer_active(&ts->sched_timer), hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer));
 797         }
 798
 799         /*
 800          * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 801          * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 802          * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 803          * first call we save the current tick time, so we can restart
 804          * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 805          */
 806         if (!ts->tick_stopped) {
 807                 calc_load_nohz_start();
 808                 cpu_load_update_nohz_start();
 809
 810                 ts->last_tick = hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer);
 811                 ts->tick_stopped = 1;
 812                 trace_tick_stop(1, TICK_DEP_MASK_NONE);
 813         }
 814
 815         ts->next_tick = tick;
 816
 817         /*
 818          * If the expiration time == KTIME_MAX, then we simply stop
 819          * the tick timer.
 820          */
 821         if (unlikely(expires == KTIME_MAX)) {
 822                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 823                         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 824                 goto out;
 825         }
 826
 827         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 828                 hrtimer_start(&ts->sched_timer, tick, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 829         } else {
 830                 hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, tick);
 831                 tick_program_event(tick, 1);
 832         }
 833
 834 out:
 835         /*
 836          * Update the estimated sleep length until the next timer
 837          * (not only the tick).
 838          */
 839         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 840         return tick;
 841 }
 842
 843 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 844 {
 845         /* Update jiffies first */
 846         tick_do_update_jiffies64(now);
 847         cpu_load_update_nohz_stop();
 848
 849         /*
 850          * Clear the timer idle flag, so we avoid IPIs on remote queueing and
 851          * the clock forward checks in the enqueue path:
 852          */
 853         timer_clear_idle();
 854
 855         calc_load_nohz_stop();
 856         touch_softlockup_watchdog_sched();
 857         /*
 858          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 859          */
 860         ts->tick_stopped  = 0;
 861         ts->idle_exittime = now;
 862
 863         tick_nohz_restart(ts, now);
 864 }
 865
 866 static void tick_nohz_full_update_tick(struct tick_sched *ts)
 867 {
 868 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 869         int cpu = smp_processor_id();
 870
 871         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 872                 return;
 873
 874         if (!ts->tick_stopped && ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)
 875                 return;
 876
 877         if (can_stop_full_tick(cpu, ts))
 878                 tick_nohz_stop_sched_tick(ts, ktime_get(), cpu);
 879         else if (ts->tick_stopped)
 880                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, ktime_get());
 881 #endif
 882 }
 883
 884 static bool can_stop_idle_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 885 {
 886         /*
 887          * If this CPU is offline and it is the one which updates
 888          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 889          * the CPU which runs the tick timer next. If we don't drop
 890          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 891          * invoked.
 892          */
 893         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 894                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 895                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 896                 /*
 897                  * Make sure the CPU doesn't get fooled by obsolete tick
 898                  * deadline if it comes back online later.
 899                  */
 900                 ts->next_tick = 0;
 901                 return false;
 902         }
 903
 904         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)) {
 905                 ts->sleep_length = NSEC_PER_SEC / HZ;
 906                 return false;
 907         }
 908
 909         if (need_resched())
 910                 return false;
 911
 912         if (unlikely(local_softirq_pending() && cpu_online(cpu))) {
 913                 static int ratelimit;
 914
 915                 if (ratelimit < 10 && !in_softirq() &&
 916                     (local_softirq_pending() & SOFTIRQ_STOP_IDLE_MASK)) {
 917                         pr_warn("NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 918                                 (unsigned int) local_softirq_pending());
 919                         ratelimit++;
 920                 }
 921                 return false;
 922         }
 923
 924         if (tick_nohz_full_enabled()) {
 925                 /*
 926                  * Keep the tick alive to guarantee timekeeping progression
 927                  * if there are full dynticks CPUs around
 928                  */
 929                 if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 930                         return false;
 931                 /*
 932                  * Boot safety: make sure the timekeeping duty has been
 933                  * assigned before entering dyntick-idle mode,
 934                  */
 935                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 936                         return false;
 937         }
 938
 939         return true;
 940 }
 941
 942 static void __tick_nohz_idle_enter(struct tick_sched *ts)
 943 {
 944         ktime_t now, expires;
 945         int cpu = smp_processor_id();
 946
 947         now = tick_nohz_start_idle(ts);
 948
 949         if (can_stop_idle_tick(cpu, ts)) {
 950                 int was_stopped = ts->tick_stopped;
 951
 952                 ts->idle_calls++;
 953
 954                 expires = tick_nohz_stop_sched_tick(ts, now, cpu);
 955                 if (expires > 0LL) {
 956                         ts->idle_sleeps++;
 957                         ts->idle_expires = expires;
 958                 }
 959
 960                 if (!was_stopped && ts->tick_stopped) {
 961                         ts->idle_jiffies = ts->last_jiffies;
 962                         nohz_balance_enter_idle(cpu);
 963                 }
 964         }
 965 }
 966
 967 /**
 968  * tick_nohz_idle_enter - stop the idle tick from the idle task
 969  *
 970  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 971  * Called when we start the idle loop.
 972  *
 973  * The arch is responsible of calling:
 974  *
 975  * - rcu_idle_enter() after its last use of RCU before the CPU is put
 976  *  to sleep.
 977  * - rcu_idle_exit() before the first use of RCU after the CPU is woken up.
 978  */
 979 void tick_nohz_idle_enter(void)
 980 {
 981         struct tick_sched *ts;
 982
 983         WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
 984
 985         /*
 986          * Update the idle state in the scheduler domain hierarchy
 987          * when tick_nohz_stop_sched_tick() is called from the idle loop.
 988          * State will be updated to busy during the first busy tick after
 989          * exiting idle.
 990          */
 991         set_cpu_sd_state_idle();
 992
 993         local_irq_disable();
 994
 995         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 996         ts->inidle = 1;
 997         __tick_nohz_idle_enter(ts);
 998
 999         local_irq_enable();
1000 }
1001
1002 /**
1003  * tick_nohz_irq_exit - update next tick event from interrupt exit
1004  *
1005  * When an interrupt fires while we are idle and it doesn't cause
1006  * a reschedule, it may still add, modify or delete a timer, enqueue
1007  * an RCU callback, etc...
1008  * So we need to re-calculate and reprogram the next tick event.
1009  */
1010 void tick_nohz_irq_exit(void)
1011 {
1012         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1013
1014         if (ts->inidle)
1015                 __tick_nohz_idle_enter(ts);
1016         else
1017                 tick_nohz_full_update_tick(ts);
1018 }
1019
1020 /**
1021  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
1022  *
1023  * Called from power state control code with interrupts disabled
1024  */
1025 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
1026 {
1027         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1028
1029         return ts->sleep_length;
1030 }
1031
1032 /**
1033  * tick_nohz_get_idle_calls_cpu - return the current idle calls counter value
1034  * for a particular CPU.
1035  *
1036  * Called from the schedutil frequency scaling governor in scheduler context.
1037  */
1038 unsigned long tick_nohz_get_idle_calls_cpu(int cpu)
1039 {
1040         struct tick_sched *ts = tick_get_tick_sched(cpu);
1041
1042         return ts->idle_calls;
1043 }
1044
1045 /**
1046  * tick_nohz_get_idle_calls - return the current idle calls counter value
1047  *
1048  * Called from the schedutil frequency scaling governor in scheduler context.
1049  */
1050 unsigned long tick_nohz_get_idle_calls(void)
1051 {
1052         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1053
1054         return ts->idle_calls;
1055 }
1056
1057 static void tick_nohz_account_idle_ticks(struct tick_sched *ts)
1058 {
1059 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
1060         unsigned long ticks;
1061
1062         if (vtime_accounting_cpu_enabled())
1063                 return;
1064         /*
1065          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
1066          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
1067          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
1068          */
1069         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
1070         /*
1071          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
1072          */
1073         if (ticks && ticks < LONG_MAX)
1074                 account_idle_ticks(ticks);
1075 #endif
1076 }
1077
1078 /**
1079  * tick_nohz_idle_exit - restart the idle tick from the idle task
1080  *
1081  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
1082  * This also exit the RCU extended quiescent state. The CPU
1083  * can use RCU again after this function is called.
1084  */
1085 void tick_nohz_idle_exit(void)
1086 {
1087         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1088         ktime_t now;
1089
1090         local_irq_disable();
1091
1092         WARN_ON_ONCE(!ts->inidle);
1093
1094         ts->inidle = 0;
1095
1096         if (ts->idle_active || ts->tick_stopped)
1097                 now = ktime_get();
1098
1099         if (ts->idle_active)
1100                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1101
1102         if (ts->tick_stopped) {
1103                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, now);
1104                 tick_nohz_account_idle_ticks(ts);
1105         }
1106
1107         local_irq_enable();
1108 }
1109
1110 /*
1111  * The nohz low res interrupt handler
1112  */
1113 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
1114 {
1115         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1116         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1117         ktime_t now = ktime_get();
1118
1119         dev->next_event = KTIME_MAX;
1120
1121         tick_sched_do_timer(now);
1122         tick_sched_handle(ts, regs);
1123
1124         /* No need to reprogram if we are running tickless  */
1125         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1126                 return;
1127
1128         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1129         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
1130 }
1131
1132 static inline void tick_nohz_activate(struct tick_sched *ts, int mode)
1133 {
1134         if (!tick_nohz_enabled)
1135                 return;
1136         ts->nohz_mode = mode;
1137         /* One update is enough */
1138         if (!test_and_set_bit(0, &tick_nohz_active))
1139                 timers_update_migration(true);
1140 }
1141
1142 /**
1143  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
1144  */
1145 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
1146 {
1147         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1148         ktime_t next;
1149
1150         if (!tick_nohz_enabled)
1151                 return;
1152
1153         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler))
1154                 return;
1155
1156         /*
1157          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
1158          * hrtimer_forward with the highres code.
1159          */
1160         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1161         /* Get the next period */
1162         next = tick_init_jiffy_update();
1163
1164         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, next);
1165         hrtimer_forward_now(&ts->sched_timer, tick_period);
1166         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
1167         tick_nohz_activate(ts, NOHZ_MODE_LOWRES);
1168 }
1169
1170 static inline void tick_nohz_irq_enter(void)
1171 {
1172         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1173         ktime_t now;
1174
1175         if (!ts->idle_active && !ts->tick_stopped)
1176                 return;
1177         now = ktime_get();
1178         if (ts->idle_active)
1179                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1180         if (ts->tick_stopped)
1181                 tick_nohz_update_jiffies(now);
1182 }
1183
1184 #else
1185
1186 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
1187 static inline void tick_nohz_irq_enter(void) { }
1188 static inline void tick_nohz_activate(struct tick_sched *ts, int mode) { }
1189
1190 #endif /* CONFIG_NO_HZ_COMMON */
1191
1192 /*
1193  * Called from irq_enter to notify about the possible interruption of idle()
1194  */
1195 void tick_irq_enter(void)
1196 {
1197         tick_check_oneshot_broadcast_this_cpu();
1198         tick_nohz_irq_enter();
1199 }
1200
1201 /*
1202  * High resolution timer specific code
1203  */
1204 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1205 /*
1206  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
1207  * Called with interrupts disabled.
1208  */
1209 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
1210 {
1211         struct tick_sched *ts =
1212                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
1213         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1214         ktime_t now = ktime_get();
1215
1216         tick_sched_do_timer(now);
1217
1218         /*
1219          * Do not call, when we are not in irq context and have
1220          * no valid regs pointer
1221          */
1222         if (regs)
1223                 tick_sched_handle(ts, regs);
1224         else
1225                 ts->next_tick = 0;
1226
1227         /* No need to reprogram if we are in idle or full dynticks mode */
1228         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1229                 return HRTIMER_NORESTART;
1230
1231         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
1232
1233         return HRTIMER_RESTART;
1234 }
1235
1236 static int sched_skew_tick;
1237
1238 static int __init skew_tick(char *str)
1239 {
1240         get_option(&str, &sched_skew_tick);
1241
1242         return 0;
1243 }
1244 early_param("skew_tick", skew_tick);
1245
1246 /**
1247  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
1248  */
1249 void tick_setup_sched_timer(void)
1250 {
1251         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1252         ktime_t now = ktime_get();
1253
1254         /*
1255          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
1256          */
1257         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1258         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
1259
1260         /* Get the next period (per-CPU) */
1261         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, tick_init_jiffy_update());
1262
1263         /* Offset the tick to avert jiffies_lock contention. */
1264         if (sched_skew_tick) {
1265                 u64 offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
1266                 do_div(offset, num_possible_cpus());
1267                 offset *= smp_processor_id();
1268                 hrtimer_add_expires_ns(&ts->sched_timer, offset);
1269         }
1270
1271         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1272         hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
1273         tick_nohz_activate(ts, NOHZ_MODE_HIGHRES);
1274 }
1275 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
1276
1277 #if defined CONFIG_NO_HZ_COMMON || defined CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1278 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
1279 {
1280         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
1281
1282 # ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1283         if (ts->sched_timer.base)
1284                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
1285 # endif
1286
1287         memset(ts, 0, sizeof(*ts));
1288 }
1289 #endif
1290
1291 /**
1292  * Async notification about clocksource changes
1293  */
1294 void tick_clock_notify(void)
1295 {
1296         int cpu;
1297
1298         for_each_possible_cpu(cpu)
1299                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
1300 }
1301
1302 /*
1303  * Async notification about clock event changes
1304  */
1305 void tick_oneshot_notify(void)
1306 {
1307         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1308
1309         set_bit(0, &ts->check_clocks);
1310 }
1311
1312 /**
1313  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
1314  *
1315  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
1316  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
1317  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
1318  * or runtime). Called with interrupts disabled.
1319  */
1320 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
1321 {
1322         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1323
1324         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
1325                 return 0;
1326
1327         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
1328                 return 0;
1329
1330         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
1331                 return 0;
1332
1333         if (!allow_nohz)
1334                 return 1;
1335
1336         tick_nohz_switch_to_nohz();
1337         return 0;
1338 }