home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ InfoMagic Source Code 1993 July / THE_SOURCE_CODE_CD_ROM.iso / bsd_srcs / sys / kern / kern_clock.c < prev    next >
Encoding:
C/C++ Source or Header  |  1991-05-09  |  11.9 KB  |  432 lines
  1. /*-
  2.  * Copyright (c) 1982, 1986, 1991 The Regents of the University of California.
  3.  * All rights reserved.
  4.  *
  5.  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  6.  * modification, are permitted provided that the following conditions
  7.  * are met:
  8.  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  9.  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10.  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11.  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12.  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13.  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  14.  *    must display the following acknowledgement:
  15.  *    This product includes software developed by the University of
  16.  *    California, Berkeley and its contributors.
  17.  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18.  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19.  *    without specific prior written permission.
  20.  *
  21.  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22.  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23.  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24.  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25.  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26.  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27.  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28.  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29.  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30.  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31.  * SUCH DAMAGE.
  32.  *
  33.  *    @(#)kern_clock.c    7.16 (Berkeley) 5/9/91
  34.  */
  35.  
  36. #include "param.h"
  37. #include "systm.h"
  38. #include "dkstat.h"
  39. #include "callout.h"
  40. #include "kernel.h"
  41. #include "proc.h"
  42. #include "resourcevar.h"
  43.  
  44. #include "machine/cpu.h"
  45.  
  46. #ifdef GPROF
  47. #include "gprof.h"
  48. #endif
  49.  
  50. /*
  51.  * Clock handling routines.
  52.  *
  53.  * This code is written to operate with two timers which run
  54.  * independently of each other. The main clock, running at hz
  55.  * times per second, is used to do scheduling and timeout calculations.
  56.  * The second timer does resource utilization estimation statistically
  57.  * based on the state of the machine phz times a second. Both functions
  58.  * can be performed by a single clock (ie hz == phz), however the 
  59.  * statistics will be much more prone to errors. Ideally a machine
  60.  * would have separate clocks measuring time spent in user state, system
  61.  * state, interrupt state, and idle state. These clocks would allow a non-
  62.  * approximate measure of resource utilization.
  63.  */
  64.  
  65. /*
  66.  * TODO:
  67.  *    time of day, system/user timing, timeouts, profiling on separate timers
  68.  *    allocate more timeout table slots when table overflows.
  69.  */
  70.  
  71. /*
  72.  * Bump a timeval by a small number of usec's.
  73.  */
  74. #define BUMPTIME(t, usec) { \
  75.     register struct timeval *tp = (t); \
  76.  \
  77.     tp->tv_usec += (usec); \
  78.     if (tp->tv_usec >= 1000000) { \
  79.         tp->tv_usec -= 1000000; \
  80.         tp->tv_sec++; \
  81.     } \
  82. }
  83.  
  84. /*
  85.  * The hz hardware interval timer.
  86.  * We update the events relating to real time.
  87.  * If this timer is also being used to gather statistics,
  88.  * we run through the statistics gathering routine as well.
  89.  */
  90. hardclock(frame)
  91.     clockframe frame;
  92. {
  93.     register struct callout *p1;
  94.     register struct proc *p = curproc;
  95.     register struct pstats *pstats;
  96.     register int s;
  97.     int needsoft = 0;
  98.     extern int tickdelta;
  99.     extern long timedelta;
  100.  
  101.     /*
  102.      * Update real-time timeout queue.
  103.      * At front of queue are some number of events which are ``due''.
  104.      * The time to these is <= 0 and if negative represents the
  105.      * number of ticks which have passed since it was supposed to happen.
  106.      * The rest of the q elements (times > 0) are events yet to happen,
  107.      * where the time for each is given as a delta from the previous.
  108.      * Decrementing just the first of these serves to decrement the time
  109.      * to all events.
  110.      */
  111.     p1 = calltodo.c_next;
  112.     while (p1) {
  113.         if (--p1->c_time > 0)
  114.             break;
  115.         needsoft = 1;
  116.         if (p1->c_time == 0)
  117.             break;
  118.         p1 = p1->c_next;
  119.     }
  120.  
  121.     /*
  122.      * Curproc (now in p) is null if no process is running.
  123.      * We assume that curproc is set in user mode!
  124.      */
  125.     if (p)
  126.         pstats = p->p_stats;
  127.     /*
  128.      * Charge the time out based on the mode the cpu is in.
  129.      * Here again we fudge for the lack of proper interval timers
  130.      * assuming that the current state has been around at least
  131.      * one tick.
  132.      */
  133.     if (CLKF_USERMODE(&frame)) {
  134.         if (pstats->p_prof.pr_scale)
  135.             needsoft = 1;
  136.         /*
  137.          * CPU was in user state.  Increment
  138.          * user time counter, and process process-virtual time
  139.          * interval timer. 
  140.          */
  141.         BUMPTIME(&p->p_utime, tick);
  142.         if (timerisset(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL].it_value) &&
  143.             itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_VIRTUAL], tick) == 0)
  144.             psignal(p, SIGVTALRM);
  145.     } else {
  146.         /*
  147.          * CPU was in system state.
  148.          */
  149.         if (p)
  150.             BUMPTIME(&p->p_stime, tick);
  151.     }
  152.  
  153.     /*
  154.      * If the cpu is currently scheduled to a process, then
  155.      * charge it with resource utilization for a tick, updating
  156.      * statistics which run in (user+system) virtual time,
  157.      * such as the cpu time limit and profiling timers.
  158.      * This assumes that the current process has been running
  159.      * the entire last tick.
  160.      */
  161.     if (p) {
  162.         if ((p->p_utime.tv_sec+p->p_stime.tv_sec+1) >
  163.             p->p_rlimit[RLIMIT_CPU].rlim_cur) {
  164.             psignal(p, SIGXCPU);
  165.             if (p->p_rlimit[RLIMIT_CPU].rlim_cur <
  166.                 p->p_rlimit[RLIMIT_CPU].rlim_max)
  167.                 p->p_rlimit[RLIMIT_CPU].rlim_cur += 5;
  168.         }
  169.         if (timerisset(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF].it_value) &&
  170.             itimerdecr(&pstats->p_timer[ITIMER_PROF], tick) == 0)
  171.             psignal(p, SIGPROF);
  172.  
  173.         /*
  174.          * We adjust the priority of the current process.
  175.          * The priority of a process gets worse as it accumulates
  176.          * CPU time.  The cpu usage estimator (p_cpu) is increased here
  177.          * and the formula for computing priorities (in kern_synch.c)
  178.          * will compute a different value each time the p_cpu increases
  179.          * by 4.  The cpu usage estimator ramps up quite quickly when
  180.          * the process is running (linearly), and decays away
  181.          * exponentially, * at a rate which is proportionally slower
  182.          * when the system is busy.  The basic principal is that the
  183.          * system will 90% forget that a process used a lot of CPU
  184.          * time in 5*loadav seconds.  This causes the system to favor
  185.          * processes which haven't run much recently, and to
  186.          * round-robin among other processes.
  187.          */
  188.         p->p_cpticks++;
  189.         if (++p->p_cpu == 0)
  190.             p->p_cpu--;
  191.         if ((p->p_cpu&3) == 0) {
  192.             setpri(p);
  193.             if (p->p_pri >= PUSER)
  194.                 p->p_pri = p->p_usrpri;
  195.         }
  196.     }
  197.  
  198.     /*
  199.      * If the alternate clock has not made itself known then
  200.      * we must gather the statistics.
  201.      */
  202.     if (phz == 0)
  203.         gatherstats(&frame);
  204.  
  205.     /*
  206.      * Increment the time-of-day, and schedule
  207.      * processing of the callouts at a very low cpu priority,
  208.      * so we don't keep the relatively high clock interrupt
  209.      * priority any longer than necessary.
  210.      */
  211.     if (timedelta == 0)
  212.         BUMPTIME(&time, tick)
  213.     else {
  214.         register delta;
  215.  
  216.         if (timedelta < 0) {
  217.             delta = tick - tickdelta;
  218.             timedelta += tickdelta;
  219.         } else {
  220.             delta = tick + tickdelta;
  221.             timedelta -= tickdelta;
  222.         }
  223.         BUMPTIME(&time, delta);
  224.     }
  225.     if (needsoft) {
  226.         if (CLKF_BASEPRI(&frame)) {
  227.             /*
  228.              * Save the overhead of a software interrupt;
  229.              * it will happen as soon as we return, so do it now.
  230.              */
  231.             (void) splsoftclock();
  232.             softclock(frame);
  233.         } else
  234.             setsoftclock();
  235.     }
  236. }
  237.  
  238. int    dk_ndrive = DK_NDRIVE;
  239. /*
  240.  * Gather statistics on resource utilization.
  241.  *
  242.  * We make a gross assumption: that the system has been in the
  243.  * state it is in (user state, kernel state, interrupt state,
  244.  * or idle state) for the entire last time interval, and
  245.  * update statistics accordingly.
  246.  */
  247. gatherstats(framep)
  248.     clockframe *framep;
  249. {
  250.     register int cpstate, s;
  251.  
  252.     /*
  253.      * Determine what state the cpu is in.
  254.      */
  255.     if (CLKF_USERMODE(framep)) {
  256.         /*
  257.          * CPU was in user state.
  258.          */
  259.         if (curproc->p_nice > NZERO)
  260.             cpstate = CP_NICE;
  261.         else
  262.             cpstate = CP_USER;
  263.     } else {
  264.         /*
  265.          * CPU was in system state.  If profiling kernel
  266.          * increment a counter.  If no process is running
  267.          * then this is a system tick if we were running
  268.          * at a non-zero IPL (in a driver).  If a process is running,
  269.          * then we charge it with system time even if we were
  270.          * at a non-zero IPL, since the system often runs
  271.          * this way during processing of system calls.
  272.          * This is approximate, but the lack of true interval
  273.          * timers makes doing anything else difficult.
  274.          */
  275.         cpstate = CP_SYS;
  276.         if (curproc == NULL && CLKF_BASEPRI(framep))
  277.             cpstate = CP_IDLE;
  278. #ifdef GPROF
  279.         s = CLKF_PC(framep) - s_lowpc;
  280.         if (profiling < 2 && s < s_textsize)
  281.             kcount[s / (HISTFRACTION * sizeof (*kcount))]++;
  282. #endif
  283.     }
  284.     /*
  285.      * We maintain statistics shown by user-level statistics
  286.      * programs:  the amount of time in each cpu state, and
  287.      * the amount of time each of DK_NDRIVE ``drives'' is busy.
  288.      */
  289.     cp_time[cpstate]++;
  290.     for (s = 0; s < DK_NDRIVE; s++)
  291.         if (dk_busy&(1<<s))
  292.             dk_time[s]++;
  293. }
  294.  
  295. /*
  296.  * Software priority level clock interrupt.
  297.  * Run periodic events from timeout queue.
  298.  */
  299. /*ARGSUSED*/
  300. softclock(frame)
  301.     clockframe frame;
  302. {
  303.  
  304.     for (;;) {
  305.         register struct callout *p1;
  306.         register caddr_t arg;
  307.         register int (*func)();
  308.         register int a, s;
  309.  
  310.         s = splhigh();
  311.         if ((p1 = calltodo.c_next) == 0 || p1->c_time > 0) {
  312.             splx(s);
  313.             break;
  314.         }
  315.         arg = p1->c_arg; func = p1->c_func; a = p1->c_time;
  316.         calltodo.c_next = p1->c_next;
  317.         p1->c_next = callfree;
  318.         callfree = p1;
  319.         splx(s);
  320.         (*func)(arg, a);
  321.     }
  322.     /*
  323.      * If trapped user-mode and profiling, give it
  324.      * a profiling tick.
  325.      */
  326.     if (CLKF_USERMODE(&frame)) {
  327.         register struct proc *p = curproc;
  328.  
  329.         if (p->p_stats->p_prof.pr_scale)
  330.             profile_tick(p, &frame);
  331.         /*
  332.          * Check to see if process has accumulated
  333.          * more than 10 minutes of user time.  If so
  334.          * reduce priority to give others a chance.
  335.          */
  336.         if (p->p_ucred->cr_uid && p->p_nice == NZERO &&
  337.             p->p_utime.tv_sec > 10 * 60) {
  338.             p->p_nice = NZERO + 4;
  339.             setpri(p);
  340.             p->p_pri = p->p_usrpri;
  341.         }
  342.     }
  343. }
  344.  
  345. /*
  346.  * Arrange that (*func)(arg) is called in t/hz seconds.
  347.  */
  348. timeout(func, arg, t)
  349.     int (*func)();
  350.     caddr_t arg;
  351.     register int t;
  352. {
  353.     register struct callout *p1, *p2, *pnew;
  354.     register int s = splhigh();
  355.  
  356.     if (t <= 0)
  357.         t = 1;
  358.     pnew = callfree;
  359.     if (pnew == NULL)
  360.         panic("timeout table overflow");
  361.     callfree = pnew->c_next;
  362.     pnew->c_arg = arg;
  363.     pnew->c_func = func;
  364.     for (p1 = &calltodo; (p2 = p1->c_next) && p2->c_time < t; p1 = p2)
  365.         if (p2->c_time > 0)
  366.             t -= p2->c_time;
  367.     p1->c_next = pnew;
  368.     pnew->c_next = p2;
  369.     pnew->c_time = t;
  370.     if (p2)
  371.         p2->c_time -= t;
  372.     splx(s);
  373. }
  374.  
  375. /*
  376.  * untimeout is called to remove a function timeout call
  377.  * from the callout structure.
  378.  */
  379. untimeout(func, arg)
  380.     int (*func)();
  381.     caddr_t arg;
  382. {
  383.     register struct callout *p1, *p2;
  384.     register int s;
  385.  
  386.     s = splhigh();
  387.     for (p1 = &calltodo; (p2 = p1->c_next) != 0; p1 = p2) {
  388.         if (p2->c_func == func && p2->c_arg == arg) {
  389.             if (p2->c_next && p2->c_time > 0)
  390.                 p2->c_next->c_time += p2->c_time;
  391.             p1->c_next = p2->c_next;
  392.             p2->c_next = callfree;
  393.             callfree = p2;
  394.             break;
  395.         }
  396.     }
  397.     splx(s);
  398. }
  399.  
  400. /*
  401.  * Compute number of hz until specified time.
  402.  * Used to compute third argument to timeout() from an
  403.  * absolute time.
  404.  */
  405. hzto(tv)
  406.     struct timeval *tv;
  407. {
  408.     register long ticks;
  409.     register long sec;
  410.     int s = splhigh();
  411.  
  412.     /*
  413.      * If number of milliseconds will fit in 32 bit arithmetic,
  414.      * then compute number of milliseconds to time and scale to
  415.      * ticks.  Otherwise just compute number of hz in time, rounding
  416.      * times greater than representible to maximum value.
  417.      *
  418.      * Delta times less than 25 days can be computed ``exactly''.
  419.      * Maximum value for any timeout in 10ms ticks is 250 days.
  420.      */
  421.     sec = tv->tv_sec - time.tv_sec;
  422.     if (sec <= 0x7fffffff / 1000 - 1000)
  423.         ticks = ((tv->tv_sec - time.tv_sec) * 1000 +
  424.             (tv->tv_usec - time.tv_usec) / 1000) / (tick / 1000);
  425.     else if (sec <= 0x7fffffff / hz)
  426.         ticks = sec * hz;
  427.     else
  428.         ticks = 0x7fffffff;
  429.     splx(s);
  430.     return (ticks);
  431. }
  432.