Branch data Line data Source code
1 : : // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 : : /*
3 : : * sched_clock() for unstable CPU clocks
4 : : *
5 : : * Copyright (C) 2008 Red Hat, Inc., Peter Zijlstra
6 : : *
7 : : * Updates and enhancements:
8 : : * Copyright (C) 2008 Red Hat, Inc. Steven Rostedt <srostedt@redhat.com>
9 : : *
10 : : * Based on code by:
11 : : * Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
12 : : * Guillaume Chazarain <guichaz@gmail.com>
13 : : *
14 : : *
15 : : * What this file implements:
16 : : *
17 : : * cpu_clock(i) provides a fast (execution time) high resolution
18 : : * clock with bounded drift between CPUs. The value of cpu_clock(i)
19 : : * is monotonic for constant i. The timestamp returned is in nanoseconds.
20 : : *
21 : : * ######################### BIG FAT WARNING ##########################
22 : : * # when comparing cpu_clock(i) to cpu_clock(j) for i != j, time can #
23 : : * # go backwards !! #
24 : : * ####################################################################
25 : : *
26 : : * There is no strict promise about the base, although it tends to start
27 : : * at 0 on boot (but people really shouldn't rely on that).
28 : : *
29 : : * cpu_clock(i) -- can be used from any context, including NMI.
30 : : * local_clock() -- is cpu_clock() on the current CPU.
31 : : *
32 : : * sched_clock_cpu(i)
33 : : *
34 : : * How it is implemented:
35 : : *
36 : : * The implementation either uses sched_clock() when
37 : : * !CONFIG_HAVE_UNSTABLE_SCHED_CLOCK, which means in that case the
38 : : * sched_clock() is assumed to provide these properties (mostly it means
39 : : * the architecture provides a globally synchronized highres time source).
40 : : *
41 : : * Otherwise it tries to create a semi stable clock from a mixture of other
42 : : * clocks, including:
43 : : *
44 : : * - GTOD (clock monotomic)
45 : : * - sched_clock()
46 : : * - explicit idle events
47 : : *
48 : : * We use GTOD as base and use sched_clock() deltas to improve resolution. The
49 : : * deltas are filtered to provide monotonicity and keeping it within an
50 : : * expected window.
51 : : *
52 : : * Furthermore, explicit sleep and wakeup hooks allow us to account for time
53 : : * that is otherwise invisible (TSC gets stopped).
54 : : *
55 : : */
56 : : #include "sched.h"
57 : : #include <linux/sched_clock.h>
58 : :
59 : : /*
60 : : * Scheduler clock - returns current time in nanosec units.
61 : : * This is default implementation.
62 : : * Architectures and sub-architectures can override this.
63 : : */
64 : 0 : unsigned long long __weak sched_clock(void)
65 : : {
66 : 0 : return (unsigned long long)(jiffies - INITIAL_JIFFIES)
67 : 0 : * (NSEC_PER_SEC / HZ);
68 : : }
69 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(sched_clock);
70 : :
71 : : static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sched_clock_running);
72 : :
73 : : #ifdef CONFIG_HAVE_UNSTABLE_SCHED_CLOCK
74 : : /*
75 : : * We must start with !__sched_clock_stable because the unstable -> stable
76 : : * transition is accurate, while the stable -> unstable transition is not.
77 : : *
78 : : * Similarly we start with __sched_clock_stable_early, thereby assuming we
79 : : * will become stable, such that there's only a single 1 -> 0 transition.
80 : : */
81 : : static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(__sched_clock_stable);
82 : : static int __sched_clock_stable_early = 1;
83 : :
84 : : /*
85 : : * We want: ktime_get_ns() + __gtod_offset == sched_clock() + __sched_clock_offset
86 : : */
87 : : __read_mostly u64 __sched_clock_offset;
88 : : static __read_mostly u64 __gtod_offset;
89 : :
90 : : struct sched_clock_data {
91 : : u64 tick_raw;
92 : : u64 tick_gtod;
93 : : u64 clock;
94 : : };
95 : :
96 : : static DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct sched_clock_data, sched_clock_data);
97 : :
98 : 8023 : static inline struct sched_clock_data *this_scd(void)
99 : : {
100 : 16046 : return this_cpu_ptr(&sched_clock_data);
101 : : }
102 : :
103 : 26242 : static inline struct sched_clock_data *cpu_sdc(int cpu)
104 : : {
105 : 26242 : return &per_cpu(sched_clock_data, cpu);
106 : : }
107 : :
108 : 213848 : int sched_clock_stable(void)
109 : : {
110 [ + - ]: 11 : return static_branch_likely(&__sched_clock_stable);
111 : : }
112 : :
113 : 8012 : static void __scd_stamp(struct sched_clock_data *scd)
114 : : {
115 : 16024 : scd->tick_gtod = ktime_get_ns();
116 : 8012 : scd->tick_raw = sched_clock();
117 : : }
118 : :
119 : 11 : static void __set_sched_clock_stable(void)
120 : : {
121 : 11 : struct sched_clock_data *scd;
122 : :
123 : : /*
124 : : * Since we're still unstable and the tick is already running, we have
125 : : * to disable IRQs in order to get a consistent scd->tick* reading.
126 : : */
127 : 11 : local_irq_disable();
128 : 11 : scd = this_scd();
129 : : /*
130 : : * Attempt to make the (initial) unstable->stable transition continuous.
131 : : */
132 : 11 : __sched_clock_offset = (scd->tick_gtod + __gtod_offset) - (scd->tick_raw);
133 : 11 : local_irq_enable();
134 : :
135 : 11 : printk(KERN_INFO "sched_clock: Marking stable (%lld, %lld)->(%lld, %lld)\n",
136 : : scd->tick_gtod, __gtod_offset,
137 : : scd->tick_raw, __sched_clock_offset);
138 : :
139 : 11 : static_branch_enable(&__sched_clock_stable);
140 : 11 : tick_dep_clear(TICK_DEP_BIT_CLOCK_UNSTABLE);
141 : 11 : }
142 : :
143 : : /*
144 : : * If we ever get here, we're screwed, because we found out -- typically after
145 : : * the fact -- that TSC wasn't good. This means all our clocksources (including
146 : : * ktime) could have reported wrong values.
147 : : *
148 : : * What we do here is an attempt to fix up and continue sort of where we left
149 : : * off in a coherent manner.
150 : : *
151 : : * The only way to fully avoid random clock jumps is to boot with:
152 : : * "tsc=unstable".
153 : : */
154 : 0 : static void __sched_clock_work(struct work_struct *work)
155 : : {
156 : 0 : struct sched_clock_data *scd;
157 : 0 : int cpu;
158 : :
159 : : /* take a current timestamp and set 'now' */
160 : 0 : preempt_disable();
161 : 0 : scd = this_scd();
162 : 0 : __scd_stamp(scd);
163 : 0 : scd->clock = scd->tick_gtod + __gtod_offset;
164 : 0 : preempt_enable();
165 : :
166 : : /* clone to all CPUs */
167 [ # # ]: 0 : for_each_possible_cpu(cpu)
168 : 0 : per_cpu(sched_clock_data, cpu) = *scd;
169 : :
170 : 0 : printk(KERN_WARNING "TSC found unstable after boot, most likely due to broken BIOS. Use 'tsc=unstable'.\n");
171 : 0 : printk(KERN_INFO "sched_clock: Marking unstable (%lld, %lld)<-(%lld, %lld)\n",
172 : : scd->tick_gtod, __gtod_offset,
173 : : scd->tick_raw, __sched_clock_offset);
174 : :
175 : 0 : static_branch_disable(&__sched_clock_stable);
176 : 0 : }
177 : :
178 : : static DECLARE_WORK(sched_clock_work, __sched_clock_work);
179 : :
180 : 0 : static void __clear_sched_clock_stable(void)
181 : : {
182 [ # # # # ]: 0 : if (!sched_clock_stable())
183 : : return;
184 : :
185 : 0 : tick_dep_set(TICK_DEP_BIT_CLOCK_UNSTABLE);
186 : 0 : schedule_work(&sched_clock_work);
187 : : }
188 : :
189 : 0 : void clear_sched_clock_stable(void)
190 : : {
191 : 0 : __sched_clock_stable_early = 0;
192 : :
193 : 0 : smp_mb(); /* matches sched_clock_init_late() */
194 : :
195 [ # # ]: 0 : if (static_key_count(&sched_clock_running.key) == 2)
196 : 0 : __clear_sched_clock_stable();
197 : 0 : }
198 : :
199 : 11 : static void __sched_clock_gtod_offset(void)
200 : : {
201 : 11 : struct sched_clock_data *scd = this_scd();
202 : :
203 : 11 : __scd_stamp(scd);
204 : 11 : __gtod_offset = (scd->tick_raw + __sched_clock_offset) - scd->tick_gtod;
205 : 11 : }
206 : :
207 : 11 : void __init sched_clock_init(void)
208 : : {
209 : : /*
210 : : * Set __gtod_offset such that once we mark sched_clock_running,
211 : : * sched_clock_tick() continues where sched_clock() left off.
212 : : *
213 : : * Even if TSC is buggered, we're still UP at this point so it
214 : : * can't really be out of sync.
215 : : */
216 : 11 : local_irq_disable();
217 : 11 : __sched_clock_gtod_offset();
218 : 11 : local_irq_enable();
219 : :
220 : 11 : static_branch_inc(&sched_clock_running);
221 : 11 : }
222 : : /*
223 : : * We run this as late_initcall() such that it runs after all built-in drivers,
224 : : * notably: acpi_processor and intel_idle, which can mark the TSC as unstable.
225 : : */
226 : 11 : static int __init sched_clock_init_late(void)
227 : : {
228 : 11 : static_branch_inc(&sched_clock_running);
229 : : /*
230 : : * Ensure that it is impossible to not do a static_key update.
231 : : *
232 : : * Either {set,clear}_sched_clock_stable() must see sched_clock_running
233 : : * and do the update, or we must see their __sched_clock_stable_early
234 : : * and do the update, or both.
235 : : */
236 : 11 : smp_mb(); /* matches {set,clear}_sched_clock_stable() */
237 : :
238 [ + - ]: 11 : if (__sched_clock_stable_early)
239 : 11 : __set_sched_clock_stable();
240 : :
241 : 11 : return 0;
242 : : }
243 : : late_initcall(sched_clock_init_late);
244 : :
245 : : /*
246 : : * min, max except they take wrapping into account
247 : : */
248 : :
249 : 34243 : static inline u64 wrap_min(u64 x, u64 y)
250 : : {
251 : 34243 : return (s64)(x - y) < 0 ? x : y;
252 : : }
253 : :
254 : 102729 : static inline u64 wrap_max(u64 x, u64 y)
255 : : {
256 : 102729 : return (s64)(x - y) > 0 ? x : y;
257 : : }
258 : :
259 : : /*
260 : : * update the percpu scd from the raw @now value
261 : : *
262 : : * - filter out backward motion
263 : : * - use the GTOD tick value to create a window to filter crazy TSC values
264 : : */
265 : 34243 : static u64 sched_clock_local(struct sched_clock_data *scd)
266 : : {
267 : 34243 : u64 now, clock, old_clock, min_clock, max_clock, gtod;
268 : 34243 : s64 delta;
269 : :
270 : 34243 : again:
271 : 34243 : now = sched_clock();
272 : 34243 : delta = now - scd->tick_raw;
273 [ - + ]: 34243 : if (unlikely(delta < 0))
274 : 0 : delta = 0;
275 : :
276 : 34243 : old_clock = scd->clock;
277 : :
278 : : /*
279 : : * scd->clock = clamp(scd->tick_gtod + delta,
280 : : * max(scd->tick_gtod, scd->clock),
281 : : * scd->tick_gtod + TICK_NSEC);
282 : : */
283 : :
284 : 34243 : gtod = scd->tick_gtod + __gtod_offset;
285 : 34243 : clock = gtod + delta;
286 [ + + ]: 34243 : min_clock = wrap_max(gtod, old_clock);
287 [ + - ]: 34243 : max_clock = wrap_max(old_clock, gtod + TICK_NSEC);
288 : :
289 [ + + ]: 34243 : clock = wrap_max(clock, min_clock);
290 [ + + ]: 34243 : clock = wrap_min(clock, max_clock);
291 : :
292 [ - + ]: 34243 : if (cmpxchg64(&scd->clock, old_clock, clock) != old_clock)
293 : 0 : goto again;
294 : :
295 : 34243 : return clock;
296 : : }
297 : :
298 : 0 : static u64 sched_clock_remote(struct sched_clock_data *scd)
299 : : {
300 : 0 : struct sched_clock_data *my_scd = this_scd();
301 : 0 : u64 this_clock, remote_clock;
302 : 0 : u64 *ptr, old_val, val;
303 : :
304 : : #if BITS_PER_LONG != 64
305 : : again:
306 : : /*
307 : : * Careful here: The local and the remote clock values need to
308 : : * be read out atomic as we need to compare the values and
309 : : * then update either the local or the remote side. So the
310 : : * cmpxchg64 below only protects one readout.
311 : : *
312 : : * We must reread via sched_clock_local() in the retry case on
313 : : * 32-bit kernels as an NMI could use sched_clock_local() via the
314 : : * tracer and hit between the readout of
315 : : * the low 32-bit and the high 32-bit portion.
316 : : */
317 : : this_clock = sched_clock_local(my_scd);
318 : : /*
319 : : * We must enforce atomic readout on 32-bit, otherwise the
320 : : * update on the remote CPU can hit inbetween the readout of
321 : : * the low 32-bit and the high 32-bit portion.
322 : : */
323 : : remote_clock = cmpxchg64(&scd->clock, 0, 0);
324 : : #else
325 : : /*
326 : : * On 64-bit kernels the read of [my]scd->clock is atomic versus the
327 : : * update, so we can avoid the above 32-bit dance.
328 : : */
329 : 0 : sched_clock_local(my_scd);
330 : 0 : again:
331 : 0 : this_clock = my_scd->clock;
332 : 0 : remote_clock = scd->clock;
333 : : #endif
334 : :
335 : : /*
336 : : * Use the opportunity that we have both locks
337 : : * taken to couple the two clocks: we take the
338 : : * larger time as the latest time for both
339 : : * runqueues. (this creates monotonic movement)
340 : : */
341 [ # # ]: 0 : if (likely((s64)(remote_clock - this_clock) < 0)) {
342 : 0 : ptr = &scd->clock;
343 : 0 : old_val = remote_clock;
344 : 0 : val = this_clock;
345 : : } else {
346 : : /*
347 : : * Should be rare, but possible:
348 : : */
349 : 0 : ptr = &my_scd->clock;
350 : 0 : old_val = this_clock;
351 : 0 : val = remote_clock;
352 : : }
353 : :
354 [ # # ]: 0 : if (cmpxchg64(ptr, old_val, val) != old_val)
355 : 0 : goto again;
356 : :
357 : 0 : return val;
358 : : }
359 : :
360 : : /*
361 : : * Similar to cpu_clock(), but requires local IRQs to be disabled.
362 : : *
363 : : * See cpu_clock().
364 : : */
365 : 187248 : u64 sched_clock_cpu(int cpu)
366 : : {
367 : 187248 : struct sched_clock_data *scd;
368 : 187248 : u64 clock;
369 : :
370 [ + + + + ]: 346626 : if (sched_clock_stable())
371 : 159378 : return sched_clock() + __sched_clock_offset;
372 : :
373 [ + + + + ]: 54112 : if (!static_branch_likely(&sched_clock_running))
374 : 1628 : return sched_clock();
375 : :
376 : 26242 : preempt_disable_notrace();
377 : 26242 : scd = cpu_sdc(cpu);
378 : :
379 [ - + ]: 26242 : if (cpu != smp_processor_id())
380 : 0 : clock = sched_clock_remote(scd);
381 : : else
382 : 26242 : clock = sched_clock_local(scd);
383 : 26242 : preempt_enable_notrace();
384 : :
385 : 26242 : return clock;
386 : : }
387 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(sched_clock_cpu);
388 : :
389 : 22229 : void sched_clock_tick(void)
390 : : {
391 : 22229 : struct sched_clock_data *scd;
392 : :
393 [ + + + + ]: 36435 : if (sched_clock_stable())
394 : : return;
395 : :
396 [ + + + + ]: 16024 : if (!static_branch_likely(&sched_clock_running))
397 : : return;
398 : :
399 : 8001 : lockdep_assert_irqs_disabled();
400 : :
401 : 8001 : scd = this_scd();
402 : 8001 : __scd_stamp(scd);
403 : 8001 : sched_clock_local(scd);
404 : : }
405 : :
406 : 0 : void sched_clock_tick_stable(void)
407 : : {
408 [ # # # # ]: 0 : if (!sched_clock_stable())
409 : : return;
410 : :
411 : : /*
412 : : * Called under watchdog_lock.
413 : : *
414 : : * The watchdog just found this TSC to (still) be stable, so now is a
415 : : * good moment to update our __gtod_offset. Because once we find the
416 : : * TSC to be unstable, any computation will be computing crap.
417 : : */
418 : 0 : local_irq_disable();
419 : 0 : __sched_clock_gtod_offset();
420 : 0 : local_irq_enable();
421 : : }
422 : :
423 : : /*
424 : : * We are going deep-idle (irqs are disabled):
425 : : */
426 : 4360 : void sched_clock_idle_sleep_event(void)
427 : : {
428 : 4360 : sched_clock_cpu(smp_processor_id());
429 : 4360 : }
430 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(sched_clock_idle_sleep_event);
431 : :
432 : : /*
433 : : * We just idled; resync with ktime.
434 : : */
435 : 4360 : void sched_clock_idle_wakeup_event(void)
436 : : {
437 : 4360 : unsigned long flags;
438 : :
439 [ + - - + ]: 8720 : if (sched_clock_stable())
440 : : return;
441 : :
442 [ # # ]: 0 : if (unlikely(timekeeping_suspended))
443 : : return;
444 : :
445 : 0 : local_irq_save(flags);
446 : 0 : sched_clock_tick();
447 : 0 : local_irq_restore(flags);
448 : : }
449 : : EXPORT_SYMBOL_GPL(sched_clock_idle_wakeup_event);
450 : :
451 : : #else /* CONFIG_HAVE_UNSTABLE_SCHED_CLOCK */
452 : :
453 : : void __init sched_clock_init(void)
454 : : {
455 : : static_branch_inc(&sched_clock_running);
456 : : local_irq_disable();
457 : : generic_sched_clock_init();
458 : : local_irq_enable();
459 : : }
460 : :
461 : : u64 sched_clock_cpu(int cpu)
462 : : {
463 : : if (!static_branch_likely(&sched_clock_running))
464 : : return 0;
465 : :
466 : : return sched_clock();
467 : : }
468 : :
469 : : #endif /* CONFIG_HAVE_UNSTABLE_SCHED_CLOCK */
470 : :
471 : : /*
472 : : * Running clock - returns the time that has elapsed while a guest has been
473 : : * running.
474 : : * On a guest this value should be local_clock minus the time the guest was
475 : : * suspended by the hypervisor (for any reason).
476 : : * On bare metal this function should return the same as local_clock.
477 : : * Architectures and sub-architectures can override this.
478 : : */
479 : 0 : u64 __weak running_clock(void)
480 : : {
481 : 0 : return local_clock();
482 : : }
|
