kernel/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         raw_spin_lock(&jiffies_lock);
  66         write_seqcount_begin(&jiffies_seq);
  67
  68         delta = ktime_sub(now, last_jiffies_update);
  69         if (delta.tv64 >= tick_period.tv64) {
  70
  71                 delta = ktime_sub(delta, tick_period);
  72                 last_jiffies_update = ktime_add(last_jiffies_update,
  73                                                 tick_period);
  74
  75                 /* Slow path for long timeouts */
  76                 if (unlikely(delta.tv64 >= tick_period.tv64)) {
  77                         s64 incr = ktime_to_ns(tick_period);
  78
  79                         ticks = ktime_divns(delta, incr);
  80
  81                         last_jiffies_update = ktime_add_ns(last_jiffies_update,
  82                                                            incr * ticks);
  83                 }
  84                 do_timer(++ticks);
  85
  86                 /* Keep the tick_next_period variable up to date */
  87                 tick_next_period = ktime_add(last_jiffies_update, tick_period);
  88         } else {
  89                 write_seqcount_end(&jiffies_seq);
  90                 raw_spin_unlock(&jiffies_lock);
  91                 return;
  92         }
  93         write_seqcount_end(&jiffies_seq);
  94         raw_spin_unlock(&jiffies_lock);
  95         update_wall_time();
  96 }
  97
  98 /*
  99  * Initialize and return retrieve the jiffies update.
 100  */
 101 static ktime_t tick_init_jiffy_update(void)
 102 {
 103         ktime_t period;
 104
 105         raw_spin_lock(&jiffies_lock);
 106         write_seqcount_begin(&jiffies_seq);
 107         /* Did we start the jiffies update yet ? */
 108         if (last_jiffies_update.tv64 == 0)
 109                 last_jiffies_update = tick_next_period;
 110         period = last_jiffies_update;
 111         write_seqcount_end(&jiffies_seq);
 112         raw_spin_unlock(&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 themself 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();
 152                 if (is_idle_task(current))
 153                         ts->idle_jiffies++;
 154         }
 155 #endif
 156         update_process_times(user_mode(regs));
 157         profile_tick(CPU_PROFILING);
 158 }
 159
 160 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 161 cpumask_var_t tick_nohz_full_mask;
 162 cpumask_var_t housekeeping_mask;
 163 bool tick_nohz_full_running;
 164
 165 static bool can_stop_full_tick(void)
 166 {
 167         WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
 168
 169         if (!sched_can_stop_tick()) {
 170                 trace_tick_stop(0, "more than 1 task in runqueue\n");
 171                 return false;
 172         }
 173
 174         if (!posix_cpu_timers_can_stop_tick(current)) {
 175                 trace_tick_stop(0, "posix timers running\n");
 176                 return false;
 177         }
 178
 179         if (!perf_event_can_stop_tick()) {
 180                 trace_tick_stop(0, "perf events running\n");
 181                 return false;
 182         }
 183
 184         if (!arch_irq_work_has_interrupt()) {
 185                 trace_tick_stop(0, "missing irq work interrupt\n");
 186                 return false;
 187         }
 188
 189         /* sched_clock_tick() needs us? */
 190 #ifdef CONFIG_HAVE_UNSTABLE_SCHED_CLOCK
 191         /*
 192          * TODO: kick full dynticks CPUs when
 193          * sched_clock_stable is set.
 194          */
 195         if (!sched_clock_stable()) {
 196                 trace_tick_stop(0, "unstable sched clock\n");
 197                 /*
 198                  * Don't allow the user to think they can get
 199                  * full NO_HZ with this machine.
 200                  */
 201                 WARN_ONCE(tick_nohz_full_running,
 202                           "NO_HZ FULL will not work with unstable sched clock");
 203                 return false;
 204         }
 205 #endif
 206
 207         return true;
 208 }
 209
 210 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now);
 211
 212 /*
 213  * Re-evaluate the need for the tick on the current CPU
 214  * and restart it if necessary.
 215  */
 216 void __tick_nohz_full_check(void)
 217 {
 218         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 219
 220         if (tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id())) {
 221                 if (ts->tick_stopped && !is_idle_task(current)) {
 222                         if (!can_stop_full_tick())
 223                                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, ktime_get());
 224                 }
 225         }
 226 }
 227
 228 static void nohz_full_kick_work_func(struct irq_work *work)
 229 {
 230         __tick_nohz_full_check();
 231 }
 232
 233 static DEFINE_PER_CPU(struct irq_work, nohz_full_kick_work) = {
 234         .func = nohz_full_kick_work_func,
 235         .flags = IRQ_WORK_HARD_IRQ,
 236 };
 237
 238 /*
 239  * Kick this CPU if it's full dynticks in order to force it to
 240  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 241  * This kick, unlike tick_nohz_full_kick_cpu() and tick_nohz_full_kick_all(),
 242  * is NMI safe.
 243  */
 244 void tick_nohz_full_kick(void)
 245 {
 246         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 247                 return;
 248
 249         irq_work_queue(this_cpu_ptr(&nohz_full_kick_work));
 250 }
 251
 252 /*
 253  * Kick the CPU if it's full dynticks in order to force it to
 254  * re-evaluate its dependency on the tick and restart it if necessary.
 255  */
 256 void tick_nohz_full_kick_cpu(int cpu)
 257 {
 258         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu))
 259                 return;
 260
 261         irq_work_queue_on(&per_cpu(nohz_full_kick_work, cpu), cpu);
 262 }
 263
 264 static void nohz_full_kick_ipi(void *info)
 265 {
 266         __tick_nohz_full_check();
 267 }
 268
 269 /*
 270  * Kick all full dynticks CPUs in order to force these to re-evaluate
 271  * their dependency on the tick and restart it if necessary.
 272  */
 273 void tick_nohz_full_kick_all(void)
 274 {
 275         if (!tick_nohz_full_running)
 276                 return;
 277
 278         preempt_disable();
 279         smp_call_function_many(tick_nohz_full_mask,
 280                                nohz_full_kick_ipi, NULL, false);
 281         tick_nohz_full_kick();
 282         preempt_enable();
 283 }
 284
 285 /*
 286  * Re-evaluate the need for the tick as we switch the current task.
 287  * It might need the tick due to per task/process properties:
 288  * perf events, posix cpu timers, ...
 289  */
 290 void __tick_nohz_task_switch(struct task_struct *tsk)
 291 {
 292         unsigned long flags;
 293
 294         local_irq_save(flags);
 295
 296         if (!tick_nohz_full_cpu(smp_processor_id()))
 297                 goto out;
 298
 299         if (tick_nohz_tick_stopped() && !can_stop_full_tick())
 300                 tick_nohz_full_kick();
 301
 302 out:
 303         local_irq_restore(flags);
 304 }
 305
 306 /* Parse the boot-time nohz CPU list from the kernel parameters. */
 307 static int __init tick_nohz_full_setup(char *str)
 308 {
 309         alloc_bootmem_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask);
 310         if (cpulist_parse(str, tick_nohz_full_mask) < 0) {
 311                 pr_warning("NOHZ: Incorrect nohz_full cpumask\n");
 312                 free_bootmem_cpumask_var(tick_nohz_full_mask);
 313                 return 1;
 314         }
 315         tick_nohz_full_running = true;
 316
 317         return 1;
 318 }
 319 __setup("nohz_full=", tick_nohz_full_setup);
 320
 321 static int tick_nohz_cpu_down_callback(struct notifier_block *nfb,
 322                                                  unsigned long action,
 323                                                  void *hcpu)
 324 {
 325         unsigned int cpu = (unsigned long)hcpu;
 326
 327         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
 328         case CPU_DOWN_PREPARE:
 329                 /*
 330                  * If we handle the timekeeping duty for full dynticks CPUs,
 331                  * we can't safely shutdown that CPU.
 332                  */
 333                 if (tick_nohz_full_running && tick_do_timer_cpu == cpu)
 334                         return NOTIFY_BAD;
 335                 break;
 336         }
 337         return NOTIFY_OK;
 338 }
 339
 340 static int tick_nohz_init_all(void)
 341 {
 342         int err = -1;
 343
 344 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL_ALL
 345         if (!alloc_cpumask_var(&tick_nohz_full_mask, GFP_KERNEL)) {
 346                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate full dynticks cpumask\n");
 347                 return err;
 348         }
 349         err = 0;
 350         cpumask_setall(tick_nohz_full_mask);
 351         tick_nohz_full_running = true;
 352 #endif
 353         return err;
 354 }
 355
 356 void __init tick_nohz_init(void)
 357 {
 358         int cpu;
 359
 360         if (!tick_nohz_full_running) {
 361                 if (tick_nohz_init_all() < 0)
 362                         return;
 363         }
 364
 365         if (!alloc_cpumask_var(&housekeeping_mask, GFP_KERNEL)) {
 366                 WARN(1, "NO_HZ: Can't allocate not-full dynticks cpumask\n");
 367                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 368                 tick_nohz_full_running = false;
 369                 return;
 370         }
 371
 372         /*
 373          * Full dynticks uses irq work to drive the tick rescheduling on safe
 374          * locking contexts. But then we need irq work to raise its own
 375          * interrupts to avoid circular dependency on the tick
 376          */
 377         if (!arch_irq_work_has_interrupt()) {
 378                 pr_warning("NO_HZ: Can't run full dynticks because arch doesn't "
 379                            "support irq work self-IPIs\n");
 380                 cpumask_clear(tick_nohz_full_mask);
 381                 cpumask_copy(housekeeping_mask, cpu_possible_mask);
 382                 tick_nohz_full_running = false;
 383                 return;
 384         }
 385
 386         cpu = smp_processor_id();
 387
 388         if (cpumask_test_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)) {
 389                 pr_warning("NO_HZ: Clearing %d from nohz_full range for timekeeping\n", cpu);
 390                 cpumask_clear_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask);
 391         }
 392
 393         cpumask_andnot(housekeeping_mask,
 394                        cpu_possible_mask, tick_nohz_full_mask);
 395
 396         for_each_cpu(cpu, tick_nohz_full_mask)
 397                 context_tracking_cpu_set(cpu);
 398
 399         cpu_notifier(tick_nohz_cpu_down_callback, 0);
 400         pr_info("NO_HZ: Full dynticks CPUs: %*pbl.\n",
 401                 cpumask_pr_args(tick_nohz_full_mask));
 402 }
 403 #endif
 404
 405 /*
 406  * NOHZ - aka dynamic tick functionality
 407  */
 408 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
 409 /*
 410  * NO HZ enabled ?
 411  */
 412 static int tick_nohz_enabled __read_mostly  = 1;
 413 int tick_nohz_active  __read_mostly;
 414 /*
 415  * Enable / Disable tickless mode
 416  */
 417 static int __init setup_tick_nohz(char *str)
 418 {
 419         if (!strcmp(str, "off"))
 420                 tick_nohz_enabled = 0;
 421         else if (!strcmp(str, "on"))
 422                 tick_nohz_enabled = 1;
 423         else
 424                 return 0;
 425         return 1;
 426 }
 427
 428 __setup("nohz=", setup_tick_nohz);
 429
 430 int tick_nohz_tick_stopped(void)
 431 {
 432         return __this_cpu_read(tick_cpu_sched.tick_stopped);
 433 }
 434
 435 /**
 436  * tick_nohz_update_jiffies - update jiffies when idle was interrupted
 437  *
 438  * Called from interrupt entry when the CPU was idle
 439  *
 440  * In case the sched_tick was stopped on this CPU, we have to check if jiffies
 441  * must be updated. Otherwise an interrupt handler could use a stale jiffy
 442  * value. We do this unconditionally on any cpu, as we don't know whether the
 443  * cpu, which has the update task assigned is in a long sleep.
 444  */
 445 static void tick_nohz_update_jiffies(ktime_t now)
 446 {
 447         unsigned long flags;
 448
 449         __this_cpu_write(tick_cpu_sched.idle_waketime, now);
 450
 451         local_irq_save(flags);
 452         tick_do_update_jiffies64(now);
 453         local_irq_restore(flags);
 454
 455         touch_softlockup_watchdog();
 456 }
 457
 458 /*
 459  * Updates the per cpu time idle statistics counters
 460  */
 461 static void
 462 update_ts_time_stats(int cpu, struct tick_sched *ts, ktime_t now, u64 *last_update_time)
 463 {
 464         ktime_t delta;
 465
 466         if (ts->idle_active) {
 467                 delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 468                 if (nr_iowait_cpu(cpu) > 0)
 469                         ts->iowait_sleeptime = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 470                 else
 471                         ts->idle_sleeptime = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 472                 ts->idle_entrytime = now;
 473         }
 474
 475         if (last_update_time)
 476                 *last_update_time = ktime_to_us(now);
 477
 478 }
 479
 480 static void tick_nohz_stop_idle(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 481 {
 482         update_ts_time_stats(smp_processor_id(), ts, now, NULL);
 483         ts->idle_active = 0;
 484
 485         sched_clock_idle_wakeup_event(0);
 486 }
 487
 488 static ktime_t tick_nohz_start_idle(struct tick_sched *ts)
 489 {
 490         ktime_t now = ktime_get();
 491
 492         ts->idle_entrytime = now;
 493         ts->idle_active = 1;
 494         sched_clock_idle_sleep_event();
 495         return now;
 496 }
 497
 498 /**
 499  * get_cpu_idle_time_us - get the total idle time of a cpu
 500  * @cpu: CPU number to query
 501  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 502  * counters if NULL.
 503  *
 504  * Return the cummulative idle time (since boot) for a given
 505  * CPU, in microseconds.
 506  *
 507  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 508  * and is as accurate as ktime_get() is.
 509  *
 510  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 511  */
 512 u64 get_cpu_idle_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 513 {
 514         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 515         ktime_t now, idle;
 516
 517         if (!tick_nohz_active)
 518                 return -1;
 519
 520         now = ktime_get();
 521         if (last_update_time) {
 522                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 523                 idle = ts->idle_sleeptime;
 524         } else {
 525                 if (ts->idle_active && !nr_iowait_cpu(cpu)) {
 526                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 527
 528                         idle = ktime_add(ts->idle_sleeptime, delta);
 529                 } else {
 530                         idle = ts->idle_sleeptime;
 531                 }
 532         }
 533
 534         return ktime_to_us(idle);
 535
 536 }
 537 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_idle_time_us);
 538
 539 /**
 540  * get_cpu_iowait_time_us - get the total iowait time of a cpu
 541  * @cpu: CPU number to query
 542  * @last_update_time: variable to store update time in. Do not update
 543  * counters if NULL.
 544  *
 545  * Return the cummulative iowait time (since boot) for a given
 546  * CPU, in microseconds.
 547  *
 548  * This time is measured via accounting rather than sampling,
 549  * and is as accurate as ktime_get() is.
 550  *
 551  * This function returns -1 if NOHZ is not enabled.
 552  */
 553 u64 get_cpu_iowait_time_us(int cpu, u64 *last_update_time)
 554 {
 555         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
 556         ktime_t now, iowait;
 557
 558         if (!tick_nohz_active)
 559                 return -1;
 560
 561         now = ktime_get();
 562         if (last_update_time) {
 563                 update_ts_time_stats(cpu, ts, now, last_update_time);
 564                 iowait = ts->iowait_sleeptime;
 565         } else {
 566                 if (ts->idle_active && nr_iowait_cpu(cpu) > 0) {
 567                         ktime_t delta = ktime_sub(now, ts->idle_entrytime);
 568
 569                         iowait = ktime_add(ts->iowait_sleeptime, delta);
 570                 } else {
 571                         iowait = ts->iowait_sleeptime;
 572                 }
 573         }
 574
 575         return ktime_to_us(iowait);
 576 }
 577 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_cpu_iowait_time_us);
 578
 579 static ktime_t tick_nohz_stop_sched_tick(struct tick_sched *ts,
 580                                          ktime_t now, int cpu)
 581 {
 582         unsigned long seq, last_jiffies, next_jiffies, delta_jiffies;
 583         ktime_t last_update, expires, ret = { .tv64 = 0 };
 584         unsigned long rcu_delta_jiffies;
 585         struct clock_event_device *dev = __this_cpu_read(tick_cpu_device.evtdev);
 586         u64 time_delta;
 587
 588         time_delta = timekeeping_max_deferment();
 589
 590         /* Read jiffies and the time when jiffies were updated last */
 591         do {
 592                 seq = read_seqcount_begin(&jiffies_seq);
 593                 last_update = last_jiffies_update;
 594                 last_jiffies = jiffies;
 595         } while (read_seqcount_retry(&jiffies_seq, seq));
 596
 597         if (rcu_needs_cpu(&rcu_delta_jiffies) ||
 598             arch_needs_cpu() || irq_work_needs_cpu()) {
 599                 next_jiffies = last_jiffies + 1;
 600                 delta_jiffies = 1;
 601         } else {
 602                 /* Get the next timer wheel timer */
 603                 next_jiffies = get_next_timer_interrupt(last_jiffies);
 604                 delta_jiffies = next_jiffies - last_jiffies;
 605                 if (rcu_delta_jiffies < delta_jiffies) {
 606                         next_jiffies = last_jiffies + rcu_delta_jiffies;
 607                         delta_jiffies = rcu_delta_jiffies;
 608                 }
 609         }
 610
 611         /*
 612          * Do not stop the tick, if we are only one off (or less)
 613          * or if the cpu is required for RCU:
 614          */
 615         if (!ts->tick_stopped && delta_jiffies <= 1)
 616                 goto out;
 617
 618         /* Schedule the tick, if we are at least one jiffie off */
 619         if ((long)delta_jiffies >= 1) {
 620
 621                 /*
 622                  * If this cpu is the one which updates jiffies, then
 623                  * give up the assignment and let it be taken by the
 624                  * cpu which runs the tick timer next, which might be
 625                  * this cpu as well. If we don't drop this here the
 626                  * jiffies might be stale and do_timer() never
 627                  * invoked. Keep track of the fact that it was the one
 628                  * which had the do_timer() duty last. If this cpu is
 629                  * the one which had the do_timer() duty last, we
 630                  * limit the sleep time to the timekeeping
 631                  * max_deferement value which we retrieved
 632                  * above. Otherwise we can sleep as long as we want.
 633                  */
 634                 if (cpu == tick_do_timer_cpu) {
 635                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 636                         ts->do_timer_last = 1;
 637                 } else if (tick_do_timer_cpu != TICK_DO_TIMER_NONE) {
 638                         time_delta = KTIME_MAX;
 639                         ts->do_timer_last = 0;
 640                 } else if (!ts->do_timer_last) {
 641                         time_delta = KTIME_MAX;
 642                 }
 643
 644 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 645                 if (!ts->inidle) {
 646                         time_delta = min(time_delta,
 647                                          scheduler_tick_max_deferment());
 648                 }
 649 #endif
 650
 651                 /*
 652                  * calculate the expiry time for the next timer wheel
 653                  * timer. delta_jiffies >= NEXT_TIMER_MAX_DELTA signals
 654                  * that there is no timer pending or at least extremely
 655                  * far into the future (12 days for HZ=1000). In this
 656                  * case we set the expiry to the end of time.
 657                  */
 658                 if (likely(delta_jiffies < NEXT_TIMER_MAX_DELTA)) {
 659                         /*
 660                          * Calculate the time delta for the next timer event.
 661                          * If the time delta exceeds the maximum time delta
 662                          * permitted by the current clocksource then adjust
 663                          * the time delta accordingly to ensure the
 664                          * clocksource does not wrap.
 665                          */
 666                         time_delta = min_t(u64, time_delta,
 667                                            tick_period.tv64 * delta_jiffies);
 668                 }
 669
 670                 if (time_delta < KTIME_MAX)
 671                         expires = ktime_add_ns(last_update, time_delta);
 672                 else
 673                         expires.tv64 = KTIME_MAX;
 674
 675                 /* Skip reprogram of event if its not changed */
 676                 if (ts->tick_stopped && ktime_equal(expires, dev->next_event))
 677                         goto out;
 678
 679                 ret = expires;
 680
 681                 /*
 682                  * nohz_stop_sched_tick can be called several times before
 683                  * the nohz_restart_sched_tick is called. This happens when
 684                  * interrupts arrive which do not cause a reschedule. In the
 685                  * first call we save the current tick time, so we can restart
 686                  * the scheduler tick in nohz_restart_sched_tick.
 687                  */
 688                 if (!ts->tick_stopped) {
 689                         nohz_balance_enter_idle(cpu);
 690                         calc_load_enter_idle();
 691
 692                         ts->last_tick = hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer);
 693                         ts->tick_stopped = 1;
 694                         trace_tick_stop(1, " ");
 695                 }
 696
 697                 /*
 698                  * If the expiration time == KTIME_MAX, then
 699                  * in this case we simply stop the tick timer.
 700                  */
 701                  if (unlikely(expires.tv64 == KTIME_MAX)) {
 702                         if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES)
 703                                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 704                         goto out;
 705                 }
 706
 707                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 708                         hrtimer_start(&ts->sched_timer, expires,
 709                                       HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 710                         /* Check, if the timer was already in the past */
 711                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 712                                 goto out;
 713                 } else if (!tick_program_event(expires, 0))
 714                                 goto out;
 715                 /*
 716                  * We are past the event already. So we crossed a
 717                  * jiffie boundary. Update jiffies and raise the
 718                  * softirq.
 719                  */
 720                 tick_do_update_jiffies64(ktime_get());
 721         }
 722         raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ);
 723 out:
 724         ts->next_jiffies = next_jiffies;
 725         ts->last_jiffies = last_jiffies;
 726         ts->sleep_length = ktime_sub(dev->next_event, now);
 727
 728         return ret;
 729 }
 730
 731 static void tick_nohz_full_stop_tick(struct tick_sched *ts)
 732 {
 733 #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL
 734         int cpu = smp_processor_id();
 735
 736         if (!tick_nohz_full_cpu(cpu) || is_idle_task(current))
 737                 return;
 738
 739         if (!ts->tick_stopped && ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)
 740                 return;
 741
 742         if (!can_stop_full_tick())
 743                 return;
 744
 745         tick_nohz_stop_sched_tick(ts, ktime_get(), cpu);
 746 #endif
 747 }
 748
 749 static bool can_stop_idle_tick(int cpu, struct tick_sched *ts)
 750 {
 751         /*
 752          * If this cpu is offline and it is the one which updates
 753          * jiffies, then give up the assignment and let it be taken by
 754          * the cpu which runs the tick timer next. If we don't drop
 755          * this here the jiffies might be stale and do_timer() never
 756          * invoked.
 757          */
 758         if (unlikely(!cpu_online(cpu))) {
 759                 if (cpu == tick_do_timer_cpu)
 760                         tick_do_timer_cpu = TICK_DO_TIMER_NONE;
 761                 return false;
 762         }
 763
 764         if (unlikely(ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_INACTIVE)) {
 765                 ts->sleep_length = (ktime_t) { .tv64 = NSEC_PER_SEC/HZ };
 766                 return false;
 767         }
 768
 769         if (need_resched())
 770                 return false;
 771
 772         if (unlikely(local_softirq_pending() && cpu_online(cpu))) {
 773                 softirq_check_pending_idle();
 774                 return false;
 775         }
 776
 777         if (tick_nohz_full_enabled()) {
 778                 /*
 779                  * Keep the tick alive to guarantee timekeeping progression
 780                  * if there are full dynticks CPUs around
 781                  */
 782                 if (tick_do_timer_cpu == cpu)
 783                         return false;
 784                 /*
 785                  * Boot safety: make sure the timekeeping duty has been
 786                  * assigned before entering dyntick-idle mode,
 787                  */
 788                 if (tick_do_timer_cpu == TICK_DO_TIMER_NONE)
 789                         return false;
 790         }
 791
 792         return true;
 793 }
 794
 795 static void __tick_nohz_idle_enter(struct tick_sched *ts)
 796 {
 797         ktime_t now, expires;
 798         int cpu = smp_processor_id();
 799
 800         now = tick_nohz_start_idle(ts);
 801
 802         if (can_stop_idle_tick(cpu, ts)) {
 803                 int was_stopped = ts->tick_stopped;
 804
 805                 ts->idle_calls++;
 806
 807                 expires = tick_nohz_stop_sched_tick(ts, now, cpu);
 808                 if (expires.tv64 > 0LL) {
 809                         ts->idle_sleeps++;
 810                         ts->idle_expires = expires;
 811                 }
 812
 813                 if (!was_stopped && ts->tick_stopped)
 814                         ts->idle_jiffies = ts->last_jiffies;
 815         }
 816 }
 817
 818 /**
 819  * tick_nohz_idle_enter - stop the idle tick from the idle task
 820  *
 821  * When the next event is more than a tick into the future, stop the idle tick
 822  * Called when we start the idle loop.
 823  *
 824  * The arch is responsible of calling:
 825  *
 826  * - rcu_idle_enter() after its last use of RCU before the CPU is put
 827  *  to sleep.
 828  * - rcu_idle_exit() before the first use of RCU after the CPU is woken up.
 829  */
 830 void tick_nohz_idle_enter(void)
 831 {
 832         struct tick_sched *ts;
 833
 834         WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
 835
 836         /*
 837          * Update the idle state in the scheduler domain hierarchy
 838          * when tick_nohz_stop_sched_tick() is called from the idle loop.
 839          * State will be updated to busy during the first busy tick after
 840          * exiting idle.
 841          */
 842         set_cpu_sd_state_idle();
 843
 844         local_irq_disable();
 845
 846         ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 847         ts->inidle = 1;
 848         __tick_nohz_idle_enter(ts);
 849
 850         local_irq_enable();
 851 }
 852
 853 /**
 854  * tick_nohz_irq_exit - update next tick event from interrupt exit
 855  *
 856  * When an interrupt fires while we are idle and it doesn't cause
 857  * a reschedule, it may still add, modify or delete a timer, enqueue
 858  * an RCU callback, etc...
 859  * So we need to re-calculate and reprogram the next tick event.
 860  */
 861 void tick_nohz_irq_exit(void)
 862 {
 863         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 864
 865         if (ts->inidle)
 866                 __tick_nohz_idle_enter(ts);
 867         else
 868                 tick_nohz_full_stop_tick(ts);
 869 }
 870
 871 /**
 872  * tick_nohz_get_sleep_length - return the length of the current sleep
 873  *
 874  * Called from power state control code with interrupts disabled
 875  */
 876 ktime_t tick_nohz_get_sleep_length(void)
 877 {
 878         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 879
 880         return ts->sleep_length;
 881 }
 882
 883 static void tick_nohz_restart(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 884 {
 885         hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
 886         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, ts->last_tick);
 887
 888         while (1) {
 889                 /* Forward the time to expire in the future */
 890                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 891
 892                 if (ts->nohz_mode == NOHZ_MODE_HIGHRES) {
 893                         hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer,
 894                                               HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
 895                         /* Check, if the timer was already in the past */
 896                         if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
 897                                 break;
 898                 } else {
 899                         if (!tick_program_event(
 900                                 hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 0))
 901                                 break;
 902                 }
 903                 /* Reread time and update jiffies */
 904                 now = ktime_get();
 905                 tick_do_update_jiffies64(now);
 906         }
 907 }
 908
 909 static void tick_nohz_restart_sched_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 910 {
 911         /* Update jiffies first */
 912         tick_do_update_jiffies64(now);
 913         update_cpu_load_nohz();
 914
 915         calc_load_exit_idle();
 916         touch_softlockup_watchdog();
 917         /*
 918          * Cancel the scheduled timer and restore the tick
 919          */
 920         ts->tick_stopped  = 0;
 921         ts->idle_exittime = now;
 922
 923         tick_nohz_restart(ts, now);
 924 }
 925
 926 static void tick_nohz_account_idle_ticks(struct tick_sched *ts)
 927 {
 928 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
 929         unsigned long ticks;
 930
 931         if (vtime_accounting_enabled())
 932                 return;
 933         /*
 934          * We stopped the tick in idle. Update process times would miss the
 935          * time we slept as update_process_times does only a 1 tick
 936          * accounting. Enforce that this is accounted to idle !
 937          */
 938         ticks = jiffies - ts->idle_jiffies;
 939         /*
 940          * We might be one off. Do not randomly account a huge number of ticks!
 941          */
 942         if (ticks && ticks < LONG_MAX)
 943                 account_idle_ticks(ticks);
 944 #endif
 945 }
 946
 947 /**
 948  * tick_nohz_idle_exit - restart the idle tick from the idle task
 949  *
 950  * Restart the idle tick when the CPU is woken up from idle
 951  * This also exit the RCU extended quiescent state. The CPU
 952  * can use RCU again after this function is called.
 953  */
 954 void tick_nohz_idle_exit(void)
 955 {
 956         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 957         ktime_t now;
 958
 959         local_irq_disable();
 960
 961         WARN_ON_ONCE(!ts->inidle);
 962
 963         ts->inidle = 0;
 964
 965         if (ts->idle_active || ts->tick_stopped)
 966                 now = ktime_get();
 967
 968         if (ts->idle_active)
 969                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
 970
 971         if (ts->tick_stopped) {
 972                 tick_nohz_restart_sched_tick(ts, now);
 973                 tick_nohz_account_idle_ticks(ts);
 974         }
 975
 976         local_irq_enable();
 977 }
 978
 979 static int tick_nohz_reprogram(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
 980 {
 981         hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
 982         return tick_program_event(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), 0);
 983 }
 984
 985 /*
 986  * The nohz low res interrupt handler
 987  */
 988 static void tick_nohz_handler(struct clock_event_device *dev)
 989 {
 990         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
 991         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
 992         ktime_t now = ktime_get();
 993
 994         dev->next_event.tv64 = KTIME_MAX;
 995
 996         tick_sched_do_timer(now);
 997         tick_sched_handle(ts, regs);
 998
 999         /* No need to reprogram if we are running tickless  */
1000         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1001                 return;
1002
1003         while (tick_nohz_reprogram(ts, now)) {
1004                 now = ktime_get();
1005                 tick_do_update_jiffies64(now);
1006         }
1007 }
1008
1009 /**
1010  * tick_nohz_switch_to_nohz - switch to nohz mode
1011  */
1012 static void tick_nohz_switch_to_nohz(void)
1013 {
1014         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1015         ktime_t next;
1016
1017         if (!tick_nohz_enabled)
1018                 return;
1019
1020         local_irq_disable();
1021         if (tick_switch_to_oneshot(tick_nohz_handler)) {
1022                 local_irq_enable();
1023                 return;
1024         }
1025         tick_nohz_active = 1;
1026         ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_LOWRES;
1027
1028         /*
1029          * Recycle the hrtimer in ts, so we can share the
1030          * hrtimer_forward with the highres code.
1031          */
1032         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1033         /* Get the next period */
1034         next = tick_init_jiffy_update();
1035
1036         for (;;) {
1037                 hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, next);
1038                 if (!tick_program_event(next, 0))
1039                         break;
1040                 next = ktime_add(next, tick_period);
1041         }
1042         local_irq_enable();
1043 }
1044
1045 /*
1046  * When NOHZ is enabled and the tick is stopped, we need to kick the
1047  * tick timer from irq_enter() so that the jiffies update is kept
1048  * alive during long running softirqs. That's ugly as hell, but
1049  * correctness is key even if we need to fix the offending softirq in
1050  * the first place.
1051  *
1052  * Note, this is different to tick_nohz_restart. We just kick the
1053  * timer and do not touch the other magic bits which need to be done
1054  * when idle is left.
1055  */
1056 static void tick_nohz_kick_tick(struct tick_sched *ts, ktime_t now)
1057 {
1058 #if 0
1059         /* Switch back to 2.6.27 behaviour */
1060         ktime_t delta;
1061
1062         /*
1063          * Do not touch the tick device, when the next expiry is either
1064          * already reached or less/equal than the tick period.
1065          */
1066         delta = ktime_sub(hrtimer_get_expires(&ts->sched_timer), now);
1067         if (delta.tv64 <= tick_period.tv64)
1068                 return;
1069
1070         tick_nohz_restart(ts, now);
1071 #endif
1072 }
1073
1074 static inline void tick_nohz_irq_enter(void)
1075 {
1076         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1077         ktime_t now;
1078
1079         if (!ts->idle_active && !ts->tick_stopped)
1080                 return;
1081         now = ktime_get();
1082         if (ts->idle_active)
1083                 tick_nohz_stop_idle(ts, now);
1084         if (ts->tick_stopped) {
1085                 tick_nohz_update_jiffies(now);
1086                 tick_nohz_kick_tick(ts, now);
1087         }
1088 }
1089
1090 #else
1091
1092 static inline void tick_nohz_switch_to_nohz(void) { }
1093 static inline void tick_nohz_irq_enter(void) { }
1094
1095 #endif /* CONFIG_NO_HZ_COMMON */
1096
1097 /*
1098  * Called from irq_enter to notify about the possible interruption of idle()
1099  */
1100 void tick_irq_enter(void)
1101 {
1102         tick_check_oneshot_broadcast_this_cpu();
1103         tick_nohz_irq_enter();
1104 }
1105
1106 /*
1107  * High resolution timer specific code
1108  */
1109 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1110 /*
1111  * We rearm the timer until we get disabled by the idle code.
1112  * Called with interrupts disabled.
1113  */
1114 static enum hrtimer_restart tick_sched_timer(struct hrtimer *timer)
1115 {
1116         struct tick_sched *ts =
1117                 container_of(timer, struct tick_sched, sched_timer);
1118         struct pt_regs *regs = get_irq_regs();
1119         ktime_t now = ktime_get();
1120
1121         tick_sched_do_timer(now);
1122
1123         /*
1124          * Do not call, when we are not in irq context and have
1125          * no valid regs pointer
1126          */
1127         if (regs)
1128                 tick_sched_handle(ts, regs);
1129
1130         /* No need to reprogram if we are in idle or full dynticks mode */
1131         if (unlikely(ts->tick_stopped))
1132                 return HRTIMER_NORESTART;
1133
1134         hrtimer_forward(timer, now, tick_period);
1135
1136         return HRTIMER_RESTART;
1137 }
1138
1139 static int sched_skew_tick;
1140
1141 static int __init skew_tick(char *str)
1142 {
1143         get_option(&str, &sched_skew_tick);
1144
1145         return 0;
1146 }
1147 early_param("skew_tick", skew_tick);
1148
1149 /**
1150  * tick_setup_sched_timer - setup the tick emulation timer
1151  */
1152 void tick_setup_sched_timer(void)
1153 {
1154         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1155         ktime_t now = ktime_get();
1156
1157         /*
1158          * Emulate tick processing via per-CPU hrtimers:
1159          */
1160         hrtimer_init(&ts->sched_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_ABS);
1161         ts->sched_timer.irqsafe = 1;
1162         ts->sched_timer.function = tick_sched_timer;
1163
1164         /* Get the next period (per cpu) */
1165         hrtimer_set_expires(&ts->sched_timer, tick_init_jiffy_update());
1166
1167         /* Offset the tick to avert jiffies_lock contention. */
1168         if (sched_skew_tick) {
1169                 u64 offset = ktime_to_ns(tick_period) >> 1;
1170                 do_div(offset, num_possible_cpus());
1171                 offset *= smp_processor_id();
1172                 hrtimer_add_expires_ns(&ts->sched_timer, offset);
1173         }
1174
1175         for (;;) {
1176                 hrtimer_forward(&ts->sched_timer, now, tick_period);
1177                 hrtimer_start_expires(&ts->sched_timer,
1178                                       HRTIMER_MODE_ABS_PINNED);
1179                 /* Check, if the timer was already in the past */
1180                 if (hrtimer_active(&ts->sched_timer))
1181                         break;
1182                 now = ktime_get();
1183         }
1184
1185 #ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
1186         if (tick_nohz_enabled) {
1187                 ts->nohz_mode = NOHZ_MODE_HIGHRES;
1188                 tick_nohz_active = 1;
1189         }
1190 #endif
1191 }
1192 #endif /* HIGH_RES_TIMERS */
1193
1194 #if defined CONFIG_NO_HZ_COMMON || defined CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1195 void tick_cancel_sched_timer(int cpu)
1196 {
1197         struct tick_sched *ts = &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu);
1198
1199 # ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
1200         if (ts->sched_timer.base)
1201                 hrtimer_cancel(&ts->sched_timer);
1202 # endif
1203
1204         memset(ts, 0, sizeof(*ts));
1205 }
1206 #endif
1207
1208 /**
1209  * Async notification about clocksource changes
1210  */
1211 void tick_clock_notify(void)
1212 {
1213         int cpu;
1214
1215         for_each_possible_cpu(cpu)
1216                 set_bit(0, &per_cpu(tick_cpu_sched, cpu).check_clocks);
1217 }
1218
1219 /*
1220  * Async notification about clock event changes
1221  */
1222 void tick_oneshot_notify(void)
1223 {
1224         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1225
1226         set_bit(0, &ts->check_clocks);
1227 }
1228
1229 /**
1230  * Check, if a change happened, which makes oneshot possible.
1231  *
1232  * Called cyclic from the hrtimer softirq (driven by the timer
1233  * softirq) allow_nohz signals, that we can switch into low-res nohz
1234  * mode, because high resolution timers are disabled (either compile
1235  * or runtime).
1236  */
1237 int tick_check_oneshot_change(int allow_nohz)
1238 {
1239         struct tick_sched *ts = this_cpu_ptr(&tick_cpu_sched);
1240
1241         if (!test_and_clear_bit(0, &ts->check_clocks))
1242                 return 0;
1243
1244         if (ts->nohz_mode != NOHZ_MODE_INACTIVE)
1245                 return 0;
1246
1247         if (!timekeeping_valid_for_hres() || !tick_is_oneshot_available())
1248                 return 0;
1249
1250         if (!allow_nohz)
1251                 return 1;
1252
1253         tick_nohz_switch_to_nohz();
1254         return 0;
1255 }