Quelle  tsc_sync.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * check TSC synchronization.
 *
 * Copyright (C) 2006, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
 *
 * We check whether all boot CPUs have their TSC's synchronized,
 * print a warning if not and turn off the TSC clock-source.
 *
 * The warp-check is point-to-point between two CPUs, the CPU
 * initiating the bootup is the 'source CPU', the freshly booting
 * CPU is the 'target CPU'.
 *
 * Only two CPUs may participate - they can enter in any order.
 * ( The serial nature of the boot logic and the CPU hotplug lock
 *   protects against more than 2 CPUs entering this code. )
 */
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/topology.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/smp.h>
#include <linux/nmi.h>
#include <asm/msr.h>
#include <asm/tsc.h>

struct tsc_adjust {
 s64  bootval;
 s64  adjusted;
 unsigned long nextcheck;
 bool  warned;
};

static DEFINE_PER_CPU(struct tsc_adjust, tsc_adjust);
static struct timer_list tsc_sync_check_timer;

/*
 * TSC's on different sockets may be reset asynchronously.
 * This may cause the TSC ADJUST value on socket 0 to be NOT 0.
 */
bool __read_mostly tsc_async_resets;

void mark_tsc_async_resets(char *reason)
{
 if (tsc_async_resets)
  return;
 tsc_async_resets = true;
 pr_info("tsc: Marking TSC async resets true due to %s\n", reason);
}

void tsc_verify_tsc_adjust(bool resume)
{
 struct tsc_adjust *adj = this_cpu_ptr(&tsc_adjust);
 s64 curval;

 if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_ADJUST))
  return;

 /* Skip unnecessary error messages if TSC already unstable */
 if (check_tsc_unstable())
  return;

 /* Rate limit the MSR check */
 if (!resume && time_before(jiffies, adj->nextcheck))
  return;

 adj->nextcheck = jiffies + HZ;

 rdmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, curval);
 if (adj->adjusted == curval)
  return;

 /* Restore the original value */
 wrmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, adj->adjusted);

 if (!adj->warned || resume) {
  pr_warn(FW_BUG "TSC ADJUST differs: CPU%u %lld --> %lld. Restoring\n",
   smp_processor_id(), adj->adjusted, curval);
  adj->warned = true;
 }
}

/*
 * Normally the tsc_sync will be checked every time system enters idle
 * state, but there is still caveat that a system won't enter idle,
 * either because it's too busy or configured purposely to not enter
 * idle.
 *
 * So setup a periodic timer (every 10 minutes) to make sure the check
 * is always on.
 */

#define SYNC_CHECK_INTERVAL  (HZ * 600)

static void tsc_sync_check_timer_fn(struct timer_list *unused)
{
 int next_cpu;

 tsc_verify_tsc_adjust(false);

 /* Run the check for all onlined CPUs in turn */
 next_cpu = cpumask_next(raw_smp_processor_id(), cpu_online_mask);
 if (next_cpu >= nr_cpu_ids)
  next_cpu = cpumask_first(cpu_online_mask);

 tsc_sync_check_timer.expires += SYNC_CHECK_INTERVAL;
 add_timer_on(&tsc_sync_check_timer, next_cpu);
}

static int __init start_sync_check_timer(void)
{
 if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_TSC_ADJUST) || tsc_clocksource_reliable)
  return 0;

 timer_setup(&tsc_sync_check_timer, tsc_sync_check_timer_fn, 0);
 tsc_sync_check_timer.expires = jiffies + SYNC_CHECK_INTERVAL;
 add_timer(&tsc_sync_check_timer);

 return 0;
}
late_initcall(start_sync_check_timer);

static void tsc_sanitize_first_cpu(struct tsc_adjust *cur, s64 bootval,
       unsigned int cpu, bool bootcpu)
{
 /*
 * First online CPU in a package stores the boot value in the
 * adjustment value. This value might change later via the sync
 * mechanism. If that fails we still can yell about boot values not
 * being consistent.
 *
 * On the boot cpu we just force set the ADJUST value to 0 if it's
 * non zero. We don't do that on non boot cpus because physical
 * hotplug should have set the ADJUST register to a value > 0 so
 * the TSC is in sync with the already running cpus.
 *
 * Also don't force the ADJUST value to zero if that is a valid value
 * for socket 0 as determined by the system arch.  This is required
 * when multiple sockets are reset asynchronously with each other
 * and socket 0 may not have an TSC ADJUST value of 0.
 */
 if (bootcpu && bootval != 0) {
  if (likely(!tsc_async_resets)) {
   pr_warn(FW_BUG "TSC ADJUST: CPU%u: %lld force to 0\n",
    cpu, bootval);
   wrmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, 0);
   bootval = 0;
  } else {
   pr_info("TSC ADJUST: CPU%u: %lld NOT forced to 0\n",
    cpu, bootval);
  }
 }
 cur->adjusted = bootval;
}

#ifndef CONFIG_SMP
bool __init tsc_store_and_check_tsc_adjust(bool bootcpu)
{
 struct tsc_adjust *cur = this_cpu_ptr(&tsc_adjust);
 s64 bootval;

 if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_ADJUST))
  return false;

 /* Skip unnecessary error messages if TSC already unstable */
 if (check_tsc_unstable())
  return false;

 rdmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, bootval);
 cur->bootval = bootval;
 cur->nextcheck = jiffies + HZ;
 tsc_sanitize_first_cpu(cur, bootval, smp_processor_id(), bootcpu);
 return false;
}

#else /* !CONFIG_SMP */

/*
 * Store and check the TSC ADJUST MSR if available
 */
bool tsc_store_and_check_tsc_adjust(bool bootcpu)
{
 struct tsc_adjust *ref, *cur = this_cpu_ptr(&tsc_adjust);
 unsigned int refcpu, cpu = smp_processor_id();
 struct cpumask *mask;
 s64 bootval;

 if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_ADJUST))
  return false;

 rdmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, bootval);
 cur->bootval = bootval;
 cur->nextcheck = jiffies + HZ;
 cur->warned = false;

 /*
 * The default adjust value cannot be assumed to be zero on any socket.
 */
 cur->adjusted = bootval;

 /*
 * Check whether this CPU is the first in a package to come up. In
 * this case do not check the boot value against another package
 * because the new package might have been physically hotplugged,
 * where TSC_ADJUST is expected to be different. When called on the
 * boot CPU topology_core_cpumask() might not be available yet.
 */
 mask = topology_core_cpumask(cpu);
 refcpu = mask ? cpumask_any_but(mask, cpu) : nr_cpu_ids;

 if (refcpu >= nr_cpu_ids) {
  tsc_sanitize_first_cpu(cur, bootval, smp_processor_id(),
           bootcpu);
  return false;
 }

 ref = per_cpu_ptr(&tsc_adjust, refcpu);
 /*
 * Compare the boot value and complain if it differs in the
 * package.
 */
 if (bootval != ref->bootval)
  printk_once(FW_BUG "TSC ADJUST differs within socket(s), fixing all errors\n");

 /*
 * The TSC_ADJUST values in a package must be the same. If the boot
 * value on this newly upcoming CPU differs from the adjustment
 * value of the already online CPU in this package, set it to that
 * adjusted value.
 */
 if (bootval != ref->adjusted) {
  cur->adjusted = ref->adjusted;
  wrmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, ref->adjusted);
 }
 /*
 * We have the TSCs forced to be in sync on this package. Skip sync
 * test:
 */
 return true;
}

/*
 * Entry/exit counters that make sure that both CPUs
 * run the measurement code at once:
 */
static atomic_t start_count;
static atomic_t stop_count;
static atomic_t test_runs;

/*
 * We use a raw spinlock in this exceptional case, because
 * we want to have the fastest, inlined, non-debug version
 * of a critical section, to be able to prove TSC time-warps:
 */
static arch_spinlock_t sync_lock = __ARCH_SPIN_LOCK_UNLOCKED;

static cycles_t last_tsc;
static cycles_t max_warp;
static int nr_warps;
static int random_warps;

/*
 * TSC-warp measurement loop running on both CPUs.  This is not called
 * if there is no TSC.
 */
static cycles_t check_tsc_warp(unsigned int timeout)
{
 cycles_t start, now, prev, end, cur_max_warp = 0;
 int i, cur_warps = 0;

 start = rdtsc_ordered();
 /*
 * The measurement runs for 'timeout' msecs:
 */
 end = start + (cycles_t) tsc_khz * timeout;

 for (i = 0; ; i++) {
  /*
 * We take the global lock, measure TSC, save the
 * previous TSC that was measured (possibly on
 * another CPU) and update the previous TSC timestamp.
 */
  arch_spin_lock(&sync_lock);
  prev = last_tsc;
  now = rdtsc_ordered();
  last_tsc = now;
  arch_spin_unlock(&sync_lock);

  /*
 * Be nice every now and then (and also check whether
 * measurement is done [we also insert a 10 million
 * loops safety exit, so we dont lock up in case the
 * TSC readout is totally broken]):
 */
  if (unlikely(!(i & 7))) {
   if (now > end || i > 10000000)
    break;
   cpu_relax();
   touch_nmi_watchdog();
  }
  /*
 * Outside the critical section we can now see whether
 * we saw a time-warp of the TSC going backwards:
 */
  if (unlikely(prev > now)) {
   arch_spin_lock(&sync_lock);
   max_warp = max(max_warp, prev - now);
   cur_max_warp = max_warp;
   /*
 * Check whether this bounces back and forth. Only
 * one CPU should observe time going backwards.
 */
   if (cur_warps != nr_warps)
    random_warps++;
   nr_warps++;
   cur_warps = nr_warps;
   arch_spin_unlock(&sync_lock);
  }
 }
 WARN(!(now-start),
  "Warning: zero tsc calibration delta: %Ld [max: %Ld]\n",
   now-start, end-start);
 return cur_max_warp;
}

/*
 * If the target CPU coming online doesn't have any of its core-siblings
 * online, a timeout of 20msec will be used for the TSC-warp measurement
 * loop. Otherwise a smaller timeout of 2msec will be used, as we have some
 * information about this socket already (and this information grows as we
 * have more and more logical-siblings in that socket).
 *
 * Ideally we should be able to skip the TSC sync check on the other
 * core-siblings, if the first logical CPU in a socket passed the sync test.
 * But as the TSC is per-logical CPU and can potentially be modified wrongly
 * by the bios, TSC sync test for smaller duration should be able
 * to catch such errors. Also this will catch the condition where all the
 * cores in the socket don't get reset at the same time.
 */
static inline unsigned int loop_timeout(int cpu)
{
 return (cpumask_weight(topology_core_cpumask(cpu)) > 1) ? 2 : 20;
}

static void tsc_sync_mark_tsc_unstable(struct work_struct *work)
{
 mark_tsc_unstable("check_tsc_sync_source failed");
}

static DECLARE_WORK(tsc_sync_work, tsc_sync_mark_tsc_unstable);

/*
 * The freshly booted CPU initiates this via an async SMP function call.
 */
static void check_tsc_sync_source(void *__cpu)
{
 unsigned int cpu = (unsigned long)__cpu;
 int cpus = 2;

 /*
 * Set the maximum number of test runs to
 *  1 if the CPU does not provide the TSC_ADJUST MSR
 *  3 if the MSR is available, so the target can try to adjust
 */
 if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_TSC_ADJUST))
  atomic_set(&test_runs, 1);
 else
  atomic_set(&test_runs, 3);
retry:
 /* Wait for the target to start. */
 while (atomic_read(&start_count) != cpus - 1)
  cpu_relax();

 /*
 * Trigger the target to continue into the measurement too:
 */
 atomic_inc(&start_count);

 check_tsc_warp(loop_timeout(cpu));

 while (atomic_read(&stop_count) != cpus-1)
  cpu_relax();

 /*
 * If the test was successful set the number of runs to zero and
 * stop. If not, decrement the number of runs an check if we can
 * retry. In case of random warps no retry is attempted.
 */
 if (!nr_warps) {
  atomic_set(&test_runs, 0);

  pr_debug("TSC synchronization [CPU#%d -> CPU#%u]: passed\n",
   smp_processor_id(), cpu);

 } else if (atomic_dec_and_test(&test_runs) || random_warps) {
  /* Force it to 0 if random warps brought us here */
  atomic_set(&test_runs, 0);

  pr_warn("TSC synchronization [CPU#%d -> CPU#%u]:\n",
   smp_processor_id(), cpu);
  pr_warn("Measured %Ld cycles TSC warp between CPUs, "
   "turning off TSC clock.\n", max_warp);
  if (random_warps)
   pr_warn("TSC warped randomly between CPUs\n");
  schedule_work(&tsc_sync_work);
 }

 /*
 * Reset it - just in case we boot another CPU later:
 */
 atomic_set(&start_count, 0);
 random_warps = 0;
 nr_warps = 0;
 max_warp = 0;
 last_tsc = 0;

 /*
 * Let the target continue with the bootup:
 */
 atomic_inc(&stop_count);

 /*
 * Retry, if there is a chance to do so.
 */
 if (atomic_read(&test_runs) > 0)
  goto retry;
}

/*
 * Freshly booted CPUs call into this:
 */
void check_tsc_sync_target(void)
{
 struct tsc_adjust *cur = this_cpu_ptr(&tsc_adjust);
 unsigned int cpu = smp_processor_id();
 cycles_t cur_max_warp, gbl_max_warp;
 int cpus = 2;

 /* Also aborts if there is no TSC. */
 if (unsynchronized_tsc())
  return;

 /*
 * Store, verify and sanitize the TSC adjust register. If
 * successful skip the test.
 *
 * The test is also skipped when the TSC is marked reliable. This
 * is true for SoCs which have no fallback clocksource. On these
 * SoCs the TSC is frequency synchronized, but still the TSC ADJUST
 * register might have been wreckaged by the BIOS..
 */
 if (tsc_store_and_check_tsc_adjust(false) || tsc_clocksource_reliable)
  return;

 /* Kick the control CPU into the TSC synchronization function */
 smp_call_function_single(cpumask_first(cpu_online_mask), check_tsc_sync_source,
     (unsigned long *)(unsigned long)cpu, 0);
retry:
 /*
 * Register this CPU's participation and wait for the
 * source CPU to start the measurement:
 */
 atomic_inc(&start_count);
 while (atomic_read(&start_count) != cpus)
  cpu_relax();

 cur_max_warp = check_tsc_warp(loop_timeout(cpu));

 /*
 * Store the maximum observed warp value for a potential retry:
 */
 gbl_max_warp = max_warp;

 /*
 * Ok, we are done:
 */
 atomic_inc(&stop_count);

 /*
 * Wait for the source CPU to print stuff:
 */
 while (atomic_read(&stop_count) != cpus)
  cpu_relax();

 /*
 * Reset it for the next sync test:
 */
 atomic_set(&stop_count, 0);

 /*
 * Check the number of remaining test runs. If not zero, the test
 * failed and a retry with adjusted TSC is possible. If zero the
 * test was either successful or failed terminally.
 */
 if (!atomic_read(&test_runs))
  return;

 /*
 * If the warp value of this CPU is 0, then the other CPU
 * observed time going backwards so this TSC was ahead and
 * needs to move backwards.
 */
 if (!cur_max_warp)
  cur_max_warp = -gbl_max_warp;

 /*
 * Add the result to the previous adjustment value.
 *
 * The adjustment value is slightly off by the overhead of the
 * sync mechanism (observed values are ~200 TSC cycles), but this
 * really depends on CPU, node distance and frequency. So
 * compensating for this is hard to get right. Experiments show
 * that the warp is not longer detectable when the observed warp
 * value is used. In the worst case the adjustment needs to go
 * through a 3rd run for fine tuning.
 */
 cur->adjusted += cur_max_warp;

 pr_warn("TSC ADJUST compensate: CPU%u observed %lld warp. Adjust: %lld\n",
  cpu, cur_max_warp, cur->adjusted);

 wrmsrq(MSR_IA32_TSC_ADJUST, cur->adjusted);
 goto retry;

}

#endif /* CONFIG_SMP */