kernel/time/tick-common.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This file contains the base functions to manage periodic tick
   4  * related events.
   5  *
   6  * Copyright(C) 2005-2006, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   7  * Copyright(C) 2005-2007, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   8  * Copyright(C) 2006-2007, Timesys Corp., Thomas Gleixner
   9  */
  10 #include <linux/cpu.h>
  11 #include <linux/err.h>
  12 #include <linux/hrtimer.h>
  13 #include <linux/interrupt.h>
  14 #include <linux/percpu.h>
  15 #include <linux/profile.h>
  16 #include <linux/sched.h>
  17 #include <linux/module.h>
  18 #include <trace/events/power.h>
  19
  20 #include <asm/irq_regs.h>
  21
  22 #include "tick-internal.h"
  23
  24 /*
  25  * Tick devices
  26  */
  27 DEFINE_PER_CPU(struct tick_device, tick_cpu_device);
  28 /*
  29  * Tick next event: keeps track of the tick time
  30  */
  31 ktime_t tick_next_period;
  32 ktime_t tick_period;
  33
  34 /*
  35  * tick_do_timer_cpu is a timer core internal variable which holds the CPU NR
  36  * which is responsible for calling do_timer(), i.e. the timekeeping stuff. This
  37  * variable has two functions:
  38  *
  39  * 1) Prevent a thundering herd issue of a gazillion of CPUs trying to grab the
  40  *    timekeeping lock all at once. Only the CPU which is assigned to do the
  41  *    update is handling it.
  42  *
  43  * 2) Hand off the duty in the NOHZ idle case by setting the value to
  44  *    TICK_DO_TIMER_NONE, i.e. a non existing CPU. So the next cpu which looks
  45  *    at it will take over and keep the time keeping alive.  The handover
  46  *    procedure also covers cpu hotplug.
  47  */
  48 int tick_do_timer_cpu __read_mostly = TICK_DO_TIMER_BOOT;
  49
  50 /*
  51  * Debugging: see timer_list.c
  52  */
  53 struct tick_device *tick_get_device(int cpu)
  54 {
  55         return &per_cpu(tick_cpu_device, cpu);
  56 }
  57
  58 /**
  59  * tick_is_oneshot_available - check for a oneshot capable event device
  60  */
  61 int tick_is_oneshot_available(void)
  62 {
  63         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
  64
  65         if (!dev || !(dev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT))
  66                 return 0;
  67         if (!(dev->features & CLOCK_EVT_FEAT_C3STOP))
  68                 return 1;
  69         return tick_broadcast_oneshot_available();
  70 }
  71
  72 /*
  73  * Periodic tick
  74  */
  75 static void tick_periodic(int cpu)
  76 {
  77         if (tick_do_timer_cpu == cpu) {
  78                 write_seqlock(&jiffies_lock);
  79
  80                 /* Keep track of the next tick event */
  81                 tick_next_period = ktime_add(tick_next_period, tick_period);
  82
  83                 do_timer(1);
  84                 write_sequnlock(&jiffies_lock);
  85                 update_wall_time();
  86         }
  87
  88         update_process_times(user_mode(get_irq_regs()));
  89         profile_tick(CPU_PROFILING);
  90 }
  91
  92 /*
  93  * Event handler for periodic ticks
  94  */
  95 void tick_handle_periodic(struct clock_event_device *dev)
  96 {
  97         int cpu = smp_processor_id();
  98         ktime_t next = dev->next_event;
  99
 100         tick_periodic(cpu);
 101
 102 #if defined(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS) || defined(CONFIG_NO_HZ_COMMON)
 103         /*
 104          * The cpu might have transitioned to HIGHRES or NOHZ mode via
 105          * update_process_times() -> run_local_timers() ->
 106          * hrtimer_run_queues().
 107          */
 108         if (dev->event_handler != tick_handle_periodic)
 109                 return;
 110 #endif
 111
 112         if (!clockevent_state_oneshot(dev))
 113                 return;
 114         for (;;) {
 115                 /*
 116                  * Setup the next period for devices, which do not have
 117                  * periodic mode:
 118                  */
 119                 next = ktime_add(next, tick_period);
 120
 121                 if (!clockevents_program_event(dev, next, false))
 122                         return;
 123                 /*
 124                  * Have to be careful here. If we're in oneshot mode,
 125                  * before we call tick_periodic() in a loop, we need
 126                  * to be sure we're using a real hardware clocksource.
 127                  * Otherwise we could get trapped in an infinite
 128                  * loop, as the tick_periodic() increments jiffies,
 129                  * which then will increment time, possibly causing
 130                  * the loop to trigger again and again.
 131                  */
 132                 if (timekeeping_valid_for_hres())
 133                         tick_periodic(cpu);
 134         }
 135 }
 136
 137 /*
 138  * Setup the device for a periodic tick
 139  */
 140 void tick_setup_periodic(struct clock_event_device *dev, int broadcast)
 141 {
 142         tick_set_periodic_handler(dev, broadcast);
 143
 144         /* Broadcast setup ? */
 145         if (!tick_device_is_functional(dev))
 146                 return;
 147
 148         if ((dev->features & CLOCK_EVT_FEAT_PERIODIC) &&
 149             !tick_broadcast_oneshot_active()) {
 150                 clockevents_switch_state(dev, CLOCK_EVT_STATE_PERIODIC);
 151         } else {
 152                 unsigned long seq;
 153                 ktime_t next;
 154
 155                 do {
 156                         seq = read_seqbegin(&jiffies_lock);
 157                         next = tick_next_period;
 158                 } while (read_seqretry(&jiffies_lock, seq));
 159
 160                 clockevents_switch_state(dev, CLOCK_EVT_STATE_ONESHOT);
 161
 162                 for (;;) {
 163                         if (!clockevents_program_event(dev, next, false))
 164                                 return;
 165                         next = ktime_add(next, tick_period);
 166                 }
 167         }
 168 }
 169
 170 /*
 171  * Setup the tick device
 172  */
 173 static void tick_setup_device(struct tick_device *td,
 174                               struct clock_event_device *newdev, int cpu,
 175                               const struct cpumask *cpumask)
 176 {
 177         void (*handler)(struct clock_event_device *) = NULL;
 178         ktime_t next_event = 0;
 179
 180         /*
 181          * First device setup ?
 182          */
 183         if (!td->evtdev) {
 184                 /*
 185                  * If no cpu took the do_timer update, assign it to
 186                  * this cpu:
 187                  */
 188                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_BOOT) {
 189                         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 190                                 tick_do_timer_cpu = cpu;
 191                         else
 192                                 tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 193                         tick_next_period = ktime_get();
 194                         tick_period = NSEC_PER_SEC / HZ;
 195                 }
 196
 197                 /*
 198                  * Startup in periodic mode first.
 199                  */
 200                 td->mode = TICKDEV_MODE_PERIODIC;
 201         } else {
 202                 handler = td->evtdev->event_handler;
 203                 next_event = td->evtdev->next_event;
 204                 td->evtdev->event_handler = clockevents_handle_noop;
 205         }
 206
 207         td->evtdev = newdev;
 208
 209         /*
 210          * When the device is not per cpu, pin the interrupt to the
 211          * current cpu:
 212          */
 213         if (!cpumask_equal(newdev->cpumask, cpumask))
 214                 irq_set_affinity(newdev->irq, cpumask);
 215
 216         /*
 217          * When global broadcasting is active, check if the current
 218          * device is registered as a placeholder for broadcast mode.
 219          * This allows us to handle this x86 misfeature in a generic
 220          * way. This function also returns !=0 when we keep the
 221          * current active broadcast state for this CPU.
 222          */
 223         if (tick_device_uses_broadcast(newdev, cpu))
 224                 return;
 225
 226         if (td->mode == TICKDEV_MODE_PERIODIC)
 227                 tick_setup_periodic(newdev, 0);
 228         else
 229                 tick_setup_oneshot(newdev, handler, next_event);
 230 }
 231
 232 void tick_install_replacement(struct clock_event_device *newdev)
 233 {
 234         struct tick_device *td = this_cpu_ptr(&tick_cpu_device);
 235         int cpu = smp_processor_id();
 236
 237         clockevents_exchange_device(td->evtdev, newdev);
 238         tick_setup_device(td, newdev, cpu, cpumask_of(cpu));
 239         if (newdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT)
 240                 tick_oneshot_notify();
 241 }
 242
 243 static bool tick_check_percpu(struct clock_event_device *curdev,
 244                               struct clock_event_device *newdev, int cpu)
 245 {
 246         if (!cpumask_test_cpu(cpu, newdev->cpumask))
 247                 return false;
 248         if (cpumask_equal(newdev->cpumask, cpumask_of(cpu)))
 249                 return true;
 250         /* Check if irq affinity can be set */
 251         if (newdev->irq >= 0 && !irq_can_set_affinity(newdev->irq))
 252                 return false;
 253         /* Prefer an existing cpu local device */
 254         if (curdev && cpumask_equal(curdev->cpumask, cpumask_of(cpu)))
 255                 return false;
 256         return true;
 257 }
 258
 259 static bool tick_check_preferred(struct clock_event_device *curdev,
 260                                  struct clock_event_device *newdev)
 261 {
 262         /* Prefer oneshot capable device */
 263         if (!(newdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT)) {
 264                 if (curdev && (curdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT))
 265                         return false;
 266                 if (tick_oneshot_mode_active())
 267                         return false;
 268         }
 269
 270         /*
 271          * Use the higher rated one, but prefer a CPU local device with a lower
 272          * rating than a non-CPU local device
 273          */
 274         return !curdev ||
 275                 newdev->rating > curdev->rating ||
 276                !cpumask_equal(curdev->cpumask, newdev->cpumask);
 277 }
 278
 279 /*
 280  * Check whether the new device is a better fit than curdev. curdev
 281  * can be NULL !
 282  */
 283 bool tick_check_replacement(struct clock_event_device *curdev,
 284                             struct clock_event_device *newdev)
 285 {
 286         if (!tick_check_percpu(curdev, newdev, smp_processor_id()))
 287                 return false;
 288
 289         return tick_check_preferred(curdev, newdev);
 290 }
 291
 292 /*
 293  * Check, if the new registered device should be used. Called with
 294  * clockevents_lock held and interrupts disabled.
 295  */
 296 void tick_check_new_device(struct clock_event_device *newdev)
 297 {
 298         struct clock_event_device *curdev;
 299         struct tick_device *td;
 300         int cpu;
 301
 302         cpu = smp_processor_id();
 303         td = &per_cpu(tick_cpu_device, cpu);
 304         curdev = td->evtdev;
 305
 306         /* cpu local device ? */
 307         if (!tick_check_percpu(curdev, newdev, cpu))
 308                 goto out_bc;
 309
 310         /* Preference decision */
 311         if (!tick_check_preferred(curdev, newdev))
 312                 goto out_bc;
 313
 314         if (!try_module_get(newdev->owner))
 315                 return;
 316
 317         /*
 318          * Replace the eventually existing device by the new
 319          * device. If the current device is the broadcast device, do
 320          * not give it back to the clockevents layer !
 321          */
 322         if (tick_is_broadcast_device(curdev)) {
 323                 clockevents_shutdown(curdev);
 324                 curdev = NULL;
 325         }
 326         clockevents_exchange_device(curdev, newdev);
 327         tick_setup_device(td, newdev, cpu, cpumask_of(cpu));
 328         if (newdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT)
 329                 tick_oneshot_notify();
 330         return;
 331
 332 out_bc:
 333         /*
 334          * Can the new device be used as a broadcast device ?
 335          */
 336         tick_install_broadcast_device(newdev);
 337 }
 338
 339 /**
 340  * tick_broadcast_oneshot_control - Enter/exit broadcast oneshot mode
 341  * @state:      The target state (enter/exit)
 342  *
 343  * The system enters/leaves a state, where affected devices might stop
 344  * Returns 0 on success, -EBUSY if the cpu is used to broadcast wakeups.
 345  *
 346  * Called with interrupts disabled, so clockevents_lock is not
 347  * required here because the local clock event device cannot go away
 348  * under us.
 349  */
 350 int tick_broadcast_oneshot_control(enum tick_broadcast_state state)
 351 {
 352         struct tick_device *td = this_cpu_ptr(&tick_cpu_device);
 353
 354         if (!(td->evtdev->features & CLOCK_EVT_FEAT_C3STOP))
 355                 return 0;
 356
 357         return __tick_broadcast_oneshot_control(state);
 358 }
 359 EXPORT_SYMBOL_GPL(tick_broadcast_oneshot_control);
 360
 361 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 362 /*
 363  * Transfer the do_timer job away from a dying cpu.
 364  *
 365  * Called with interrupts disabled. Not locking required. If
 366  * tick_do_timer_cpu is owned by this cpu, nothing can change it.
 367  */
 368 void tick_handover_do_timer(void)
 369 {
 370         if (tick_do_timer_cpu == smp_processor_id()) {
 371                 int cpu = cpumask_first(cpu_online_mask);
 372
 373                 tick_do_timer_cpu = (cpu < nr_cpu_ids) ? cpu :
 374                         TICK_DO_TIMER_NONE;
 375         }
 376 }
 377
 378 /*
 379  * Shutdown an event device on a given cpu:
 380  *
 381  * This is called on a life CPU, when a CPU is dead. So we cannot
 382  * access the hardware device itself.
 383  * We just set the mode and remove it from the lists.
 384  */
 385 void tick_shutdown(unsigned int cpu)
 386 {
 387         struct tick_device *td = &per_cpu(tick_cpu_device, cpu);
 388         struct clock_event_device *dev = td->evtdev;
 389
 390         td->mode = TICKDEV_MODE_PERIODIC;
 391         if (dev) {
 392                 /*
 393                  * Prevent that the clock events layer tries to call
 394                  * the set mode function!
 395                  */
 396                 clockevent_set_state(dev, CLOCK_EVT_STATE_DETACHED);
 397                 clockevents_exchange_device(dev, NULL);
 398                 dev->event_handler = clockevents_handle_noop;
 399                 td->evtdev = NULL;
 400         }
 401 }
 402 #endif
 403
 404 /**
 405  * tick_suspend_local - Suspend the local tick device
 406  *
 407  * Called from the local cpu for freeze with interrupts disabled.
 408  *
 409  * No locks required. Nothing can change the per cpu device.
 410  */
 411 void tick_suspend_local(void)
 412 {
 413         struct tick_device *td = this_cpu_ptr(&tick_cpu_device);
 414
 415         clockevents_shutdown(td->evtdev);
 416 }
 417
 418 /**
 419  * tick_resume_local - Resume the local tick device
 420  *
 421  * Called from the local CPU for unfreeze or XEN resume magic.
 422  *
 423  * No locks required. Nothing can change the per cpu device.
 424  */
 425 void tick_resume_local(void)
 426 {
 427         struct tick_device *td = this_cpu_ptr(&tick_cpu_device);
 428         bool broadcast = tick_resume_check_broadcast();
 429
 430         clockevents_tick_resume(td->evtdev);
 431         if (!broadcast) {
 432                 if (td->mode == TICKDEV_MODE_PERIODIC)
 433                         tick_setup_periodic(td->evtdev, 0);
 434                 else
 435                         tick_resume_oneshot();
 436         }
 437 }
 438
 439 /**
 440  * tick_suspend - Suspend the tick and the broadcast device
 441  *
 442  * Called from syscore_suspend() via timekeeping_suspend with only one
 443  * CPU online and interrupts disabled or from tick_unfreeze() under
 444  * tick_freeze_lock.
 445  *
 446  * No locks required. Nothing can change the per cpu device.
 447  */
 448 void tick_suspend(void)
 449 {
 450         tick_suspend_local();
 451         tick_suspend_broadcast();
 452 }
 453
 454 /**
 455  * tick_resume - Resume the tick and the broadcast device
 456  *
 457  * Called from syscore_resume() via timekeeping_resume with only one
 458  * CPU online and interrupts disabled.
 459  *
 460  * No locks required. Nothing can change the per cpu device.
 461  */
 462 void tick_resume(void)
 463 {
 464         tick_resume_broadcast();
 465         tick_resume_local();
 466 }
 467
 468 #ifdef CONFIG_SUSPEND
 469 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(tick_freeze_lock);
 470 static unsigned int tick_freeze_depth;
 471
 472 /**
 473  * tick_freeze - Suspend the local tick and (possibly) timekeeping.
 474  *
 475  * Check if this is the last online CPU executing the function and if so,
 476  * suspend timekeeping.  Otherwise suspend the local tick.
 477  *
 478  * Call with interrupts disabled.  Must be balanced with %tick_unfreeze().
 479  * Interrupts must not be enabled before the subsequent %tick_unfreeze().
 480  */
 481 void tick_freeze(void)
 482 {
 483         raw_spin_lock(&tick_freeze_lock);
 484
 485         tick_freeze_depth++;
 486         if (tick_freeze_depth == num_online_cpus()) {
 487                 trace_suspend_resume(TPS("timekeeping_freeze"),
 488                                      smp_processor_id(), true);
 489                 system_state = SYSTEM_SUSPEND;
 490                 timekeeping_suspend();
 491         } else {
 492                 tick_suspend_local();
 493         }
 494
 495         raw_spin_unlock(&tick_freeze_lock);
 496 }
 497
 498 /**
 499  * tick_unfreeze - Resume the local tick and (possibly) timekeeping.
 500  *
 501  * Check if this is the first CPU executing the function and if so, resume
 502  * timekeeping.  Otherwise resume the local tick.
 503  *
 504  * Call with interrupts disabled.  Must be balanced with %tick_freeze().
 505  * Interrupts must not be enabled after the preceding %tick_freeze().
 506  */
 507 void tick_unfreeze(void)
 508 {
 509         raw_spin_lock(&tick_freeze_lock);
 510
 511         if (tick_freeze_depth == num_online_cpus()) {
 512                 timekeeping_resume();
 513                 system_state = SYSTEM_RUNNING;
 514                 trace_suspend_resume(TPS("timekeeping_freeze"),
 515                                      smp_processor_id(), false);
 516         } else {
 517                 tick_resume_local();
 518         }
 519
 520         tick_freeze_depth--;
 521
 522         raw_spin_unlock(&tick_freeze_lock);
 523 }
 524 #endif /* CONFIG_SUSPEND */
 525
 526 /**
 527  * tick_init - initialize the tick control
 528  */
 529 void __init tick_init(void)
 530 {
 531         tick_broadcast_init();
 532         tick_nohz_init();
 533 }