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 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 int tick_nohz_tick_stopped(void)
 420 {
 421         return __this_cpu_read(tick_cpu_sched.tick_stopped);
 422 }
 423
 424 /**
 425  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 426  *
 427  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 428  *
 429  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 430  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 431  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
 432  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
 433  */
 434 static void tick_nohz_update_jiffies(ktime_t now)
 435 {
 436         unsigned long flags;
 437
 438         __this_cpu_write(tick_cpu_sched.idle_waketime, now);
 439
 440         local_irq_save(flags);
 441         tick_do_update_jiffies64(now);
 442         local_irq_restore(flags);
 443
 444         touch_softlockup_watchdog();
 445 }
 446
 447 /*
 448  * Updates the per cpu time idle statistics counters
 449  */
 450 static void
 451 update_ts_time_stats(int cpu, struct tick_sched *ts, ktime_t now, u64 *last_update_time)
 452 {
 453         ktime_t delta;
 454
 455         if (ts->idle_active) {
 456                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 457                 if (nr_iowait_cpu(cpu) > 0)
 458                         ts->iowait_sleeptime = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 459                 else
 460                         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 461                 ts->idle_entrytime = now;
 462         }
 463
 464         if (last_update_time)
 465                 *last_update_time = ktime_to_us(now);
 466
 467 }
 468
 469 static void tick_nohz_stop_idle(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 470 {
 471         update_ts_time_stats(smp_processor_id(), ts, now, NULL);
 472         ts->idle_active = 0;
 473
 474         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
 475 }
 476
 477 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
 478 {
 479         ktime_t now = ktime_get();
 480
 481         ts->idle_entrytime = now;
 482         ts->idle_active = 1;
 483         sched_clock_idle_sleep_event();
 484         return now;
 485 }
 486
 487 /**
 488  * get_cpu_idle_time_us - get the total idle time of a cpu
 489  * @cpu: CPU number to query
 490  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 491  * counters if NULL.
 492  *
 493  * Return the cummulative idle time (since boot) for a given
 494  * CPU, in microseconds.
 495  *
 496  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 497  * and is as accurate as ktime_get() is.
 498  *
 499  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 500  */
 501 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 502 {
 503         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 504         ktime_t now, idle;
 505
 506         if (!tick_nohz_active)
 507                 return -1;
 508
 509         now = ktime_get();
 510         if (last_update_time) {
 511                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 512                 idle = ts->idle_sleeptime;
 513         } else {
 514                 if (ts->idle_active && !nr_iowait_cpu(cpu)) {
 515                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 516
 517                         idle = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 518                 } else {
 519                         idle = ts->idle_sleeptime;
 520                 }
 521         }
 522
 523         return ktime_to_us(idle);
 524
 525 }
 526 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_idle_time_us);
 527
 528 /**
 529  * get_cpu_iowait_time_us - get the total iowait time of a cpu
 530  * @cpu: CPU number to query
 531  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 532  * counters if NULL.
 533  *
 534  * Return the cummulative iowait time (since boot) for a given
 535  * CPU, in microseconds.
 536  *
 537  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 538  * and is as accurate as ktime_get() is.
 539  *
 540  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 541  */
 542 u64 get_cpu_iowait_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 543 {
 544         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 545         ktime_t now, iowait;
 546
 547         if (!tick_nohz_active)
 548                 return -1;
 549
 550         now = ktime_get();
 551         if (last_update_time) {
 552                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 553                 iowait = ts->iowait_sleeptime;
 554         } else {
 555                 if (ts->idle_active && nr_iowait_cpu(cpu) > 0) {
 556                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 557
 558                         iowait = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 559                 } else {
 560                         iowait = ts->iowait_sleeptime;
 561                 }
 562         }
 563
 564         return ktime_to_us(iowait);
 565 }
 566 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_iowait_time_us);
 567
 568 static void tick_nohz_restart(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 569 {
 570         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 571         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, ts->last_tick);
 572
 573         /* Forward the time to expire in the future */
 574         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 575
 576         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 577                 hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 578         else
 579                 tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
 580 }
 581
 582 static ktime_t tick_nohz_stop_sched_tick(struct tick_sched *ts,
 583                                          ktime_t now, int cpu)
 584 {
 585         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies;
 586         ktime_t last_update, expires, ret = { .tv64 = 0 };
 587         unsigned long rcu_delta_jiffies;
 588         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
 589         u64 time_delta;
 590
 591         time_delta = timekeeping_max_deferment();
 592
 593         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 594         do {
 595                 seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
 596                 last_update = last_jiffies_update;
 597                 last_jiffies = jiffies;
 598         } while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
 599
 600         if (rcu_needs_cpu(&rcu_delta_jiffies) ||
 601             arch_needs_cpu() || irq_work_needs_cpu()) {
 602                 next_jiffies = last_jiffies + 1;
 603                 delta_jiffies = 1;
 604         } else {
 605                 /* Get the next timer wheel timer */
 606                 next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 607                 delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 608                 if (rcu_delta_jiffies < delta_jiffies) {
 609                         next_jiffies = last_jiffies + rcu_delta_jiffies;
 610                         delta_jiffies = rcu_delta_jiffies;
 611                 }
 612         }
 613
 614         /*
 615          * Do not stop the tick, if we are only one off (or less)
 616          * or if the cpu is required for RCU:
 617          */
 618         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies <= 1)
 619                 goto out;
 620
 621         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 622         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 623
 624                 /*
 625                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 626                  * give up the assignment and let it be taken by the
 627                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 628                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 629                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 630                  * invoked. Keep track of the fact that it was the one
 631                  * which had the do_timer() duty last. If this cpu is
 632                  * the one which had the do_timer() duty last, we
 633                  * limit the sleep time to the timekeeping
 634                  * max_deferement value which we retrieved
 635                  * above. Otherwise we can sleep as long as we want.
 636                  */
 637                 if (cpu == tick_do_timer_cpu) {
 638                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 639                         ts->do_timer_last = 1;
 640                 } else if (tick_do_timer_cpu != TICK_DO_TIMER_NONE) {
 641                         time_delta = KTIME_MAX;
 642                         ts->do_timer_last = 0;
 643                 } else if (!ts->do_timer_last) {
 644                         time_delta = KTIME_MAX;
 645                 }
 646
 647 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 648                 if (!ts->inidle) {
 649                         time_delta = min(time_delta,
 650                                          scheduler_tick_max_deferment());
 651                 }
 652 #endif
 653
 654                 /*
 655                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 656                  * timer. delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals
 657                  * that there is no timer pending or at least extremely
 658                  * far into the future (12 days for HZ=1000). In this
 659                  * case we set the expiry to the end of time.
 660                  */
 661                 if (likely(delta_jiffies < NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
 662                         /*
 663                          * Calculate the time delta for the next timer event.
 664                          * If the time delta exceeds the maximum time delta
 665                          * permitted by the current clocksource then adjust
 666                          * the time delta accordingly to ensure the
 667                          * clocksource does not wrap.
 668                          */
 669                         time_delta = min_t(u64, time_delta,
 670                                            tick_period.tv64 * delta_jiffies);
 671                 }
 672
 673                 if (time_delta < KTIME_MAX)
 674                         expires = ktime_add_ns(last_update, time_delta);
 675                 else
 676                         expires.tv64 = KTIME_MAX;
 677
 678                 /* Skip reprogram of event if its not changed */
 679                 if (ts->tick_stopped && ktime_equal(expires, dev->next_event))
 680                         goto out;
 681
 682                 ret = expires;
 683
 684                 /*
 685                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 686                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 687                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 688                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 689                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 690                  */
 691                 if (!ts->tick_stopped) {
 692                         nohz_balance_enter_idle(cpu);
 693                         calc_load_enter_idle();
 694
 695                         ts->last_tick = hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer);
 696                         ts->tick_stopped = 1;
 697                         trace_tick_stop(1, " ");
 698                 }
 699
 700                 /*
 701                  * If the expiration time == KTIME_MAX, then
 702                  * in this case we simply stop the tick timer.
 703                  */
 704                  if (unlikely(expires.tv64 == KTIME_MAX)) {
 705                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 706                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 707                         goto out;
 708                  }
 709
 710                  if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 711                          hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 712                                        HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 713                  else
 714                          tick_program_event(expires, 1);
 715         } else {
 716                 /* Tick is stopped, but required now. Enforce it */
 717                 tick_nohz_restart(ts, now);
 718         }
 719
 720 out:
 721         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 722         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 723         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 724
 725         return ret;
 726 }
 727
 728 static void tick_nohz_full_stop_tick(struct tick_sched *ts)
 729 {
 730 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 731         int cpu = smp_processor_id();
 732
 733         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu) || is_idle_task(current))
 734                 return;
 735
 736         if (!ts->tick_stopped && ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)
 737                 return;
 738
 739         if (!can_stop_full_tick())
 740                 return;
 741
 742         tick_nohz_stop_sched_tick(ts, ktime_get(), cpu);
 743 #endif
 744 }
 745
 746 static bool can_stop_idle_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 747 {
 748         /*
 749          * If this cpu is offline and it is the one which updates
 750          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 751          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
 752          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 753          * invoked.
 754          */
 755         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 756                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 757                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 758                 return false;
 759         }
 760
 761         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)) {
 762                 ts->sleep_length = (ktime_t) { .tv64 = NSEC_PER_SEC/HZ };
 763                 return false;
 764         }
 765
 766         if (need_resched())
 767                 return false;
 768
 769         if (unlikely(local_softirq_pending() && cpu_online(cpu))) {
 770                 static int ratelimit;
 771
 772                 if (ratelimit < 10 &&
 773                     (local_softirq_pending() & SOFTIRQ_STOP_IDLE_MASK)) {
 774                         pr_warn("NOHZ: local_softirq_pending %02x\n",
 775                                 (unsigned int) local_softirq_pending());
 776                         ratelimit++;
 777                 }
 778                 return false;
 779         }
 780
 781         if (tick_nohz_full_enabled()) {
 782                 /*
 783                  * Keep the tick alive to guarantee timekeeping progression
 784                  * if there are full dynticks CPUs around
 785                  */
 786                 if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 787                         return false;
 788                 /*
 789                  * Boot safety: make sure the timekeeping duty has been
 790                  * assigned before entering dyntick-idle mode,
 791                  */
 792                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 793                         return false;
 794         }
 795
 796         return true;
 797 }
 798
 799 static void __tick_nohz_idle_enter(struct tick_sched *ts)
 800 {
 801         ktime_t now, expires;
 802         int cpu = smp_processor_id();
 803
 804         now = tick_nohz_start_idle(ts);
 805
 806         if (can_stop_idle_tick(cpu, ts)) {
 807                 int was_stopped = ts->tick_stopped;
 808
 809                 ts->idle_calls++;
 810
 811                 expires = tick_nohz_stop_sched_tick(ts, now, cpu);
 812                 if (expires.tv64 > 0LL) {
 813                         ts->idle_sleeps++;
 814                         ts->idle_expires = expires;
 815                 }
 816
 817                 if (!was_stopped && ts->tick_stopped)
 818                         ts->idle_jiffies = ts->last_jiffies;
 819         }
 820 }
 821
 822 /**
 823  * tick_nohz_idle_enter - stop the idle tick from the idle task
 824  *
 825  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 826  * Called when we start the idle loop.
 827  *
 828  * The arch is responsible of calling:
 829  *
 830  * - rcu_idle_enter() after its last use of RCU before the CPU is put
 831  *  to sleep.
 832  * - rcu_idle_exit() before the first use of RCU after the CPU is woken up.
 833  */
 834 void tick_nohz_idle_enter(void)
 835 {
 836         struct tick_sched *ts;
 837
 838         WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
 839
 840         /*
 841          * Update the idle state in the scheduler domain hierarchy
 842          * when tick_nohz_stop_sched_tick() is called from the idle loop.
 843          * State will be updated to busy during the first busy tick after
 844          * exiting idle.
 845          */
 846         set_cpu_sd_state_idle();
 847
 848         local_irq_disable();
 849
 850         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 851         ts->inidle = 1;
 852         __tick_nohz_idle_enter(ts);
 853
 854         local_irq_enable();
 855 }
 856
 857 /**
 858  * tick_nohz_irq_exit - update next tick event from interrupt exit
 859  *
 860  * When an interrupt fires while we are idle and it doesn't cause
 861  * a reschedule, it may still add, modify or delete a timer, enqueue
 862  * an RCU callback, etc...
 863  * So we need to re-calculate and reprogram the next tick event.
 864  */
 865 void tick_nohz_irq_exit(void)
 866 {
 867         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 868
 869         if (ts->inidle)
 870                 __tick_nohz_idle_enter(ts);
 871         else
 872                 tick_nohz_full_stop_tick(ts);
 873 }
 874
 875 /**
 876  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
 877  *
 878  * Called from power state control code with interrupts disabled
 879  */
 880 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
 881 {
 882         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 883
 884         return ts->sleep_length;
 885 }
 886
 887 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 888 {
 889         /* Update jiffies first */
 890         tick_do_update_jiffies64(now);
 891         update_cpu_load_nohz();
 892
 893         calc_load_exit_idle();
 894         touch_softlockup_watchdog();
 895         /*
 896          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 897          */
 898         ts->tick_stopped  = 0;
 899         ts->idle_exittime = now;
 900
 901         tick_nohz_restart(ts, now);
 902 }
 903
 904 static void tick_nohz_account_idle_ticks(struct tick_sched *ts)
 905 {
 906 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
 907         unsigned long ticks;
 908
 909         if (vtime_accounting_enabled())
 910                 return;
 911         /*
 912          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 913          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 914          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 915          */
 916         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 917         /*
 918          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 919          */
 920         if (ticks && ticks < LONG_MAX)
 921                 account_idle_ticks(ticks);
 922 #endif
 923 }
 924
 925 /**
 926  * tick_nohz_idle_exit - restart the idle tick from the idle task
 927  *
 928  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 929  * This also exit the RCU extended quiescent state. The CPU
 930  * can use RCU again after this function is called.
 931  */
 932 void tick_nohz_idle_exit(void)
 933 {
 934         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 935         ktime_t now;
 936
 937         local_irq_disable();
 938
 939         WARN_ON_ONCE(!ts->inidle);
 940
 941         ts->inidle = 0;
 942
 943         if (ts->idle_active || ts->tick_stopped)
 944                 now = ktime_get();
 945
 946         if (ts->idle_active)
 947                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
 948
 949         if (ts->tick_stopped) {
 950                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, now);
 951                 tick_nohz_account_idle_ticks(ts);
 952         }
 953
 954         local_irq_enable();
 955 }
 956
 957 /*
 958  * The nohz low res interrupt handler
 959  */
 960 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 961 {
 962         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 963         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 964         ktime_t now = ktime_get();
 965
 966         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 967
 968         tick_sched_do_timer(now);
 969         tick_sched_handle(ts, regs);
 970
 971         /* No need to reprogram if we are running tickless  */
 972         if (unlikely(ts->tick_stopped))
 973                 return;
 974
 975         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 976         tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 1);
 977 }
 978
 979 /**
 980  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
 981  */
 982 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
 983 {
 984         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 985         ktime_t next;
 986
 987         if (!tick_nohz_enabled)
 988                 return;
 989
 990         local_irq_disable();
 991         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
 992                 local_irq_enable();
 993                 return;
 994         }
 995         tick_nohz_active = 1;
 996         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
 997
 998         /*
 999          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
1000          * hrtimer_forward with the highres code.
1001          */
1002         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1003         /* Get the next period */
1004         next = tick_init_jiffy_update();
1005
1006         hrtimer_forward_now(&ts->sched_timer, tick_period);
1007         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, next);
1008         tick_program_event(next, 1);
1009         local_irq_enable();
1010 }
1011
1012 /*
1013  * When NOHZ is enabled and the tick is stopped, we need to kick the
1014  * tick timer from irq_enter() so that the jiffies update is kept
1015  * alive during long running softirqs. That's ugly as hell, but
1016  * correctness is key even if we need to fix the offending softirq in
1017  * the first place.
1018  *
1019  * Note, this is different to tick_nohz_restart. We just kick the
1020  * timer and do not touch the other magic bits which need to be done
1021  * when idle is left.
1022  */
1023 static void tick_nohz_kick_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
1024 {
1025 #if 0
1026         /* Switch back to 2.6.27 behaviour */
1027         ktime_t delta;
1028
1029         /*
1030          * Do not touch the tick device, when the next expiry is either
1031          * already reached or less/equal than the tick period.
1032          */
1033         delta = ktime_sub(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), now);
1034         if (delta.tv64 <= tick_period.tv64)
1035                 return;
1036
1037         tick_nohz_restart(ts, now);
1038 #endif
1039 }
1040
1041 static inline void tick_nohz_irq_enter(void)
1042 {
1043         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1044         ktime_t now;
1045
1046         if (!ts->idle_active && !ts->tick_stopped)
1047                 return;
1048         now = ktime_get();
1049         if (ts->idle_active)
1050                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1051         if (ts->tick_stopped) {
1052                 tick_nohz_update_jiffies(now);
1053                 tick_nohz_kick_tick(ts, now);
1054         }
1055 }
1056
1057 #else
1058
1059 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
1060 static inline void tick_nohz_irq_enter(void) { }
1061
1062 #endif /* CONFIG_NO_HZ_COMMON */
1063
1064 /*
1065  * Called from irq_enter to notify about the possible interruption of idle()
1066  */
1067 void tick_irq_enter(void)
1068 {
1069         tick_check_oneshot_broadcast_this_cpu();
1070         tick_nohz_irq_enter();
1071 }
1072
1073 /*
1074  * High resolution timer specific code
1075  */
1076 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1077 /*
1078  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
1079  * Called with interrupts disabled.
1080  */
1081 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
1082 {
1083         struct tick_sched *ts =
1084                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
1085         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1086         ktime_t now = ktime_get();
1087
1088         tick_sched_do_timer(now);
1089
1090         /*
1091          * Do not call, when we are not in irq context and have
1092          * no valid regs pointer
1093          */
1094         if (regs)
1095                 tick_sched_handle(ts, regs);
1096
1097         /* No need to reprogram if we are in idle or full dynticks mode */
1098         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1099                 return HRTIMER_NORESTART;
1100
1101         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
1102
1103         return HRTIMER_RESTART;
1104 }
1105
1106 static int sched_skew_tick;
1107
1108 static int __init skew_tick(char *str)
1109 {
1110         get_option(&str, &sched_skew_tick);
1111
1112         return 0;
1113 }
1114 early_param("skew_tick", skew_tick);
1115
1116 /**
1117  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
1118  */
1119 void tick_setup_sched_timer(void)
1120 {
1121         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1122         ktime_t now = ktime_get();
1123
1124         /*
1125          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
1126          */
1127         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1128         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
1129
1130         /* Get the next period (per cpu) */
1131         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, tick_init_jiffy_update());
1132
1133         /* Offset the tick to avert jiffies_lock contention. */
1134         if (sched_skew_tick) {
1135                 u64 offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
1136                 do_div(offset, num_possible_cpus());
1137                 offset *= smp_processor_id();
1138                 hrtimer_add_expires_ns(&ts->sched_timer, offset);
1139         }
1140
1141         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1142         hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer, HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
1143
1144 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
1145         if (tick_nohz_enabled) {
1146                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
1147                 tick_nohz_active = 1;
1148         }
1149 #endif
1150 }
1151 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
1152
1153 #if defined CONFIG_NO_HZ_COMMON || defined CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1154 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
1155 {
1156         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
1157
1158 # ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1159         if (ts->sched_timer.base)
1160                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
1161 # endif
1162
1163         memset(ts, 0, sizeof(*ts));
1164 }
1165 #endif
1166
1167 /**
1168  * Async notification about clocksource changes
1169  */
1170 void tick_clock_notify(void)
1171 {
1172         int cpu;
1173
1174         for_each_possible_cpu(cpu)
1175                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
1176 }
1177
1178 /*
1179  * Async notification about clock event changes
1180  */
1181 void tick_oneshot_notify(void)
1182 {
1183         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1184
1185         set_bit(0, &ts->check_clocks);
1186 }
1187
1188 /**
1189  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
1190  *
1191  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
1192  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
1193  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
1194  * or runtime).
1195  */
1196 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
1197 {
1198         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1199
1200         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
1201                 return 0;
1202
1203         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
1204                 return 0;
1205
1206         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
1207                 return 0;
1208
1209         if (!allow_nohz)
1210                 return 1;
1211
1212         tick_nohz_switch_to_nohz();
1213         return 0;
1214 }