Quelle  sched_clock.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Generic sched_clock() support, to extend low level hardware time
 * counters to full 64-bit ns values.
 */
#include <linux/clocksource.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/ktime.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/math.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/sched/clock.h>
#include <linux/syscore_ops.h>
#include <linux/hrtimer.h>
#include <linux/sched_clock.h>
#include <linux/seqlock.h>
#include <linux/bitops.h>

#include "timekeeping.h"

/**
 * struct clock_data - all data needed for sched_clock() (including
 *                     registration of a new clock source)
 *
 * @seq: Sequence counter for protecting updates. The lowest
 * bit is the index for @read_data.
 * @read_data: Data required to read from sched_clock.
 * @wrap_kt: Duration for which clock can run before wrapping.
 * @rate: Tick rate of the registered clock.
 * @actual_read_sched_clock: Registered hardware level clock read function.
 *
 * The ordering of this structure has been chosen to optimize cache
 * performance. In particular 'seq' and 'read_data[0]' (combined) should fit
 * into a single 64-byte cache line.
 */
struct clock_data {
 seqcount_latch_t seq;
 struct clock_read_data read_data[2];
 ktime_t   wrap_kt;
 unsigned long  rate;

 u64 (*actual_read_sched_clock)(void);
};

static struct hrtimer sched_clock_timer;
static int irqtime = -1;

core_param(irqtime, irqtime, int, 0400);

static u64 notrace jiffy_sched_clock_read(void)
{
 /*
 * We don't need to use get_jiffies_64 on 32-bit arches here
 * because we register with BITS_PER_LONG
 */
 return (u64)(jiffies - INITIAL_JIFFIES);
}

static struct clock_data cd ____cacheline_aligned = {
 .read_data[0] = { .mult = NSEC_PER_SEC / HZ,
     .read_sched_clock = jiffy_sched_clock_read, },
 .actual_read_sched_clock = jiffy_sched_clock_read,
};

static __always_inline u64 cyc_to_ns(u64 cyc, u32 mult, u32 shift)
{
 return (cyc * mult) >> shift;
}

notrace struct clock_read_data *sched_clock_read_begin(unsigned int *seq)
{
 *seq = read_seqcount_latch(&cd.seq);
 return cd.read_data + (*seq & 1);
}

notrace int sched_clock_read_retry(unsigned int seq)
{
 return read_seqcount_latch_retry(&cd.seq, seq);
}

static __always_inline unsigned long long __sched_clock(void)
{
 struct clock_read_data *rd;
 unsigned int seq;
 u64 cyc, res;

 do {
  seq = raw_read_seqcount_latch(&cd.seq);
  rd = cd.read_data + (seq & 1);

  cyc = (rd->read_sched_clock() - rd->epoch_cyc) &
        rd->sched_clock_mask;
  res = rd->epoch_ns + cyc_to_ns(cyc, rd->mult, rd->shift);
 } while (raw_read_seqcount_latch_retry(&cd.seq, seq));

 return res;
}

unsigned long long noinstr sched_clock_noinstr(void)
{
 return __sched_clock();
}

unsigned long long notrace sched_clock(void)
{
 unsigned long long ns;
 preempt_disable_notrace();
 /*
 * All of __sched_clock() is a seqcount_latch reader critical section,
 * but relies on the raw helpers which are uninstrumented. For KCSAN,
 * mark all accesses in __sched_clock() as atomic.
 */
 kcsan_nestable_atomic_begin();
 ns = __sched_clock();
 kcsan_nestable_atomic_end();
 preempt_enable_notrace();
 return ns;
}

/*
 * Updating the data required to read the clock.
 *
 * sched_clock() will never observe mis-matched data even if called from
 * an NMI. We do this by maintaining an odd/even copy of the data and
 * steering sched_clock() to one or the other using a sequence counter.
 * In order to preserve the data cache profile of sched_clock() as much
 * as possible the system reverts back to the even copy when the update
 * completes; the odd copy is used *only* during an update.
 */
static void update_clock_read_data(struct clock_read_data *rd)
{
 /* steer readers towards the odd copy */
 write_seqcount_latch_begin(&cd.seq);

 /* now its safe for us to update the normal (even) copy */
 cd.read_data[0] = *rd;

 /* switch readers back to the even copy */
 write_seqcount_latch(&cd.seq);

 /* update the backup (odd) copy with the new data */
 cd.read_data[1] = *rd;

 write_seqcount_latch_end(&cd.seq);
}

/*
 * Atomically update the sched_clock() epoch.
 */
static void update_sched_clock(void)
{
 u64 cyc;
 u64 ns;
 struct clock_read_data rd;

 rd = cd.read_data[0];

 cyc = cd.actual_read_sched_clock();
 ns = rd.epoch_ns + cyc_to_ns((cyc - rd.epoch_cyc) & rd.sched_clock_mask, rd.mult, rd.shift);

 rd.epoch_ns = ns;
 rd.epoch_cyc = cyc;

 update_clock_read_data(&rd);
}

static enum hrtimer_restart sched_clock_poll(struct hrtimer *hrt)
{
 update_sched_clock();
 hrtimer_forward_now(hrt, cd.wrap_kt);

 return HRTIMER_RESTART;
}

void __init
sched_clock_register(u64 (*read)(void), int bits, unsigned long rate)
{
 u64 res, wrap, new_mask, new_epoch, cyc, ns;
 u32 new_mult, new_shift;
 unsigned long r, flags;
 char r_unit;
 struct clock_read_data rd;

 if (cd.rate > rate)
  return;

 /* Cannot register a sched_clock with interrupts on */
 local_irq_save(flags);

 /* Calculate the mult/shift to convert counter ticks to ns. */
 clocks_calc_mult_shift(&new_mult, &new_shift, rate, NSEC_PER_SEC, 3600);

 new_mask = CLOCKSOURCE_MASK(bits);
 cd.rate = rate;

 /* Calculate how many nanosecs until we risk wrapping */
 wrap = clocks_calc_max_nsecs(new_mult, new_shift, 0, new_mask, NULL);
 cd.wrap_kt = ns_to_ktime(wrap);

 rd = cd.read_data[0];

 /* Update epoch for new counter and update 'epoch_ns' from old counter*/
 new_epoch = read();
 cyc = cd.actual_read_sched_clock();
 ns = rd.epoch_ns + cyc_to_ns((cyc - rd.epoch_cyc) & rd.sched_clock_mask, rd.mult, rd.shift);
 cd.actual_read_sched_clock = read;

 rd.read_sched_clock = read;
 rd.sched_clock_mask = new_mask;
 rd.mult   = new_mult;
 rd.shift  = new_shift;
 rd.epoch_cyc  = new_epoch;
 rd.epoch_ns  = ns;

 update_clock_read_data(&rd);

 if (sched_clock_timer.function != NULL) {
  /* update timeout for clock wrap */
  hrtimer_start(&sched_clock_timer, cd.wrap_kt,
         HRTIMER_MODE_REL_HARD);
 }

 r = rate;
 if (r >= 4000000) {
  r = DIV_ROUND_CLOSEST(r, 1000000);
  r_unit = 'M';
 } else if (r >= 4000) {
  r = DIV_ROUND_CLOSEST(r, 1000);
  r_unit = 'k';
 } else {
  r_unit = ' ';
 }

 /* Calculate the ns resolution of this counter */
 res = cyc_to_ns(1ULL, new_mult, new_shift);

 pr_info("sched_clock: %u bits at %lu%cHz, resolution %lluns, wraps every %lluns\n",
  bits, r, r_unit, res, wrap);

 /* Enable IRQ time accounting if we have a fast enough sched_clock() */
 if (irqtime > 0 || (irqtime == -1 && rate >= 1000000))
  enable_sched_clock_irqtime();

 local_irq_restore(flags);

 pr_debug("Registered %pS as sched_clock source\n", read);
}

void __init generic_sched_clock_init(void)
{
 /*
 * If no sched_clock() function has been provided at that point,
 * make it the final one.
 */
 if (cd.actual_read_sched_clock == jiffy_sched_clock_read)
  sched_clock_register(jiffy_sched_clock_read, BITS_PER_LONG, HZ);

 update_sched_clock();

 /*
 * Start the timer to keep sched_clock() properly updated and
 * sets the initial epoch.
 */
 hrtimer_setup(&sched_clock_timer, sched_clock_poll, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL_HARD);
 hrtimer_start(&sched_clock_timer, cd.wrap_kt, HRTIMER_MODE_REL_HARD);
}

/*
 * Clock read function for use when the clock is suspended.
 *
 * This function makes it appear to sched_clock() as if the clock
 * stopped counting at its last update.
 *
 * This function must only be called from the critical
 * section in sched_clock(). It relies on the read_seqcount_retry()
 * at the end of the critical section to be sure we observe the
 * correct copy of 'epoch_cyc'.
 */
static u64 notrace suspended_sched_clock_read(void)
{
 unsigned int seq = read_seqcount_latch(&cd.seq);

 return cd.read_data[seq & 1].epoch_cyc;
}

int sched_clock_suspend(void)
{
 struct clock_read_data *rd = &cd.read_data[0];

 update_sched_clock();
 hrtimer_cancel(&sched_clock_timer);
 rd->read_sched_clock = suspended_sched_clock_read;

 return 0;
}

void sched_clock_resume(void)
{
 struct clock_read_data *rd = &cd.read_data[0];

 rd->epoch_cyc = cd.actual_read_sched_clock();
 hrtimer_start(&sched_clock_timer, cd.wrap_kt, HRTIMER_MODE_REL_HARD);
 rd->read_sched_clock = cd.actual_read_sched_clock;
}

static struct syscore_ops sched_clock_ops = {
 .suspend = sched_clock_suspend,
 .resume  = sched_clock_resume,
};

static int __init sched_clock_syscore_init(void)
{
 register_syscore_ops(&sched_clock_ops);

 return 0;
}
device_initcall(sched_clock_syscore_init);