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