kernel/sched/cputime.c

   1 #include <linux/export.h>
   2 #include <linux/sched.h>
   3 #include <linux/tsacct_kern.h>
   4 #include <linux/kernel_stat.h>
   5 #include <linux/static_key.h>
   6 #include <linux/context_tracking.h>
   7 #include "sched.h"
   8
   9
  10 #ifdef CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING
  11
  12 /*
  13  * There are no locks covering percpu hardirq/softirq time.
  14  * They are only modified in vtime_account, on corresponding CPU
  15  * with interrupts disabled. So, writes are safe.
  16  * They are read and saved off onto struct rq in update_rq_clock().
  17  * This may result in other CPU reading this CPU's irq time and can
  18  * race with irq/vtime_account on this CPU. We would either get old
  19  * or new value with a side effect of accounting a slice of irq time to wrong
  20  * task when irq is in progress while we read rq->clock. That is a worthy
  21  * compromise in place of having locks on each irq in account_system_time.
  22  */
  23 DEFINE_PER_CPU(u64, cpu_hardirq_time);
  24 DEFINE_PER_CPU(u64, cpu_softirq_time);
  25
  26 static DEFINE_PER_CPU(u64, irq_start_time);
  27 static int sched_clock_irqtime;
  28
  29 void enable_sched_clock_irqtime(void)
  30 {
  31         sched_clock_irqtime = 1;
  32 }
  33
  34 void disable_sched_clock_irqtime(void)
  35 {
  36         sched_clock_irqtime = 0;
  37 }
  38
  39 #ifndef CONFIG_64BIT
  40 DEFINE_PER_CPU(seqcount_t, irq_time_seq);
  41 #endif /* CONFIG_64BIT */
  42
  43 /*
  44  * Called before incrementing preempt_count on {soft,}irq_enter
  45  * and before decrementing preempt_count on {soft,}irq_exit.
  46  */
  47 void irqtime_account_irq(struct task_struct *curr)
  48 {
  49         unsigned long flags;
  50         s64 delta;
  51         int cpu;
  52
  53         if (!sched_clock_irqtime)
  54                 return;
  55
  56         local_irq_save(flags);
  57
  58         cpu = smp_processor_id();
  59         delta = sched_clock_cpu(cpu) - __this_cpu_read(irq_start_time);
  60         __this_cpu_add(irq_start_time, delta);
  61
  62         irq_time_write_begin();
  63         /*
  64          * We do not account for softirq time from ksoftirqd here.
  65          * We want to continue accounting softirq time to ksoftirqd thread
  66          * in that case, so as not to confuse scheduler with a special task
  67          * that do not consume any time, but still wants to run.
  68          */
  69         if (hardirq_count())
  70                 __this_cpu_add(cpu_hardirq_time, delta);
  71         else if (in_serving_softirq() && curr != this_cpu_ksoftirqd())
  72                 __this_cpu_add(cpu_softirq_time, delta);
  73
  74         irq_time_write_end();
  75         local_irq_restore(flags);
  76 }
  77 EXPORT_SYMBOL_GPL(irqtime_account_irq);
  78
  79 static int irqtime_account_hi_update(void)
  80 {
  81         u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
  82         unsigned long flags;
  83         u64 latest_ns;
  84         int ret = 0;
  85
  86         local_irq_save(flags);
  87         latest_ns = this_cpu_read(cpu_hardirq_time);
  88         if (nsecs_to_cputime64(latest_ns) > cpustat[CPUTIME_IRQ])
  89                 ret = 1;
  90         local_irq_restore(flags);
  91         return ret;
  92 }
  93
  94 static int irqtime_account_si_update(void)
  95 {
  96         u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
  97         unsigned long flags;
  98         u64 latest_ns;
  99         int ret = 0;
 100
 101         local_irq_save(flags);
 102         latest_ns = this_cpu_read(cpu_softirq_time);
 103         if (nsecs_to_cputime64(latest_ns) > cpustat[CPUTIME_SOFTIRQ])
 104                 ret = 1;
 105         local_irq_restore(flags);
 106         return ret;
 107 }
 108
 109 #else /* CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING */
 110
 111 #define sched_clock_irqtime     (0)
 112
 113 #endif /* !CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING */
 114
 115 static inline void task_group_account_field(struct task_struct *p, int index,
 116                                             u64 tmp)
 117 {
 118 #ifdef CONFIG_CGROUP_CPUACCT
 119         struct kernel_cpustat *kcpustat;
 120         struct cpuacct *ca;
 121 #endif
 122         /*
 123          * Since all updates are sure to touch the root cgroup, we
 124          * get ourselves ahead and touch it first. If the root cgroup
 125          * is the only cgroup, then nothing else should be necessary.
 126          *
 127          */
 128         __get_cpu_var(kernel_cpustat).cpustat[index] += tmp;
 129
 130 #ifdef CONFIG_CGROUP_CPUACCT
 131         if (unlikely(!cpuacct_subsys.active))
 132                 return;
 133
 134         rcu_read_lock();
 135         ca = task_ca(p);
 136         while (ca && (ca != &root_cpuacct)) {
 137                 kcpustat = this_cpu_ptr(ca->cpustat);
 138                 kcpustat->cpustat[index] += tmp;
 139                 ca = parent_ca(ca);
 140         }
 141         rcu_read_unlock();
 142 #endif
 143 }
 144
 145 /*
 146  * Account user cpu time to a process.
 147  * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 148  * @cputime: the cpu time spent in user space since the last update
 149  * @cputime_scaled: cputime scaled by cpu frequency
 150  */
 151 void account_user_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime,
 152                        cputime_t cputime_scaled)
 153 {
 154         int index;
 155
 156         /* Add user time to process. */
 157         p->utime += cputime;
 158         p->utimescaled += cputime_scaled;
 159         account_group_user_time(p, cputime);
 160
 161         index = (TASK_NICE(p) > 0) ? CPUTIME_NICE : CPUTIME_USER;
 162
 163         /* Add user time to cpustat. */
 164         task_group_account_field(p, index, (__force u64) cputime);
 165
 166         /* Account for user time used */
 167         acct_update_integrals(p);
 168 }
 169
 170 /*
 171  * Account guest cpu time to a process.
 172  * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 173  * @cputime: the cpu time spent in virtual machine since the last update
 174  * @cputime_scaled: cputime scaled by cpu frequency
 175  */
 176 static void account_guest_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime,
 177                                cputime_t cputime_scaled)
 178 {
 179         u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
 180
 181         /* Add guest time to process. */
 182         p->utime += cputime;
 183         p->utimescaled += cputime_scaled;
 184         account_group_user_time(p, cputime);
 185         p->gtime += cputime;
 186
 187         /* Add guest time to cpustat. */
 188         if (TASK_NICE(p) > 0) {
 189                 cpustat[CPUTIME_NICE] += (__force u64) cputime;
 190                 cpustat[CPUTIME_GUEST_NICE] += (__force u64) cputime;
 191         } else {
 192                 cpustat[CPUTIME_USER] += (__force u64) cputime;
 193                 cpustat[CPUTIME_GUEST] += (__force u64) cputime;
 194         }
 195 }
 196
 197 /*
 198  * Account system cpu time to a process and desired cpustat field
 199  * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 200  * @cputime: the cpu time spent in kernel space since the last update
 201  * @cputime_scaled: cputime scaled by cpu frequency
 202  * @target_cputime64: pointer to cpustat field that has to be updated
 203  */
 204 static inline
 205 void __account_system_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime,
 206                         cputime_t cputime_scaled, int index)
 207 {
 208         /* Add system time to process. */
 209         p->stime += cputime;
 210         p->stimescaled += cputime_scaled;
 211         account_group_system_time(p, cputime);
 212
 213         /* Add system time to cpustat. */
 214         task_group_account_field(p, index, (__force u64) cputime);
 215
 216         /* Account for system time used */
 217         acct_update_integrals(p);
 218 }
 219
 220 /*
 221  * Account system cpu time to a process.
 222  * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 223  * @hardirq_offset: the offset to subtract from hardirq_count()
 224  * @cputime: the cpu time spent in kernel space since the last update
 225  * @cputime_scaled: cputime scaled by cpu frequency
 226  */
 227 void account_system_time(struct task_struct *p, int hardirq_offset,
 228                          cputime_t cputime, cputime_t cputime_scaled)
 229 {
 230         int index;
 231
 232         if ((p->flags & PF_VCPU) && (irq_count() - hardirq_offset == 0)) {
 233                 account_guest_time(p, cputime, cputime_scaled);
 234                 return;
 235         }
 236
 237         if (hardirq_count() - hardirq_offset)
 238                 index = CPUTIME_IRQ;
 239         else if (in_serving_softirq())
 240                 index = CPUTIME_SOFTIRQ;
 241         else
 242                 index = CPUTIME_SYSTEM;
 243
 244         __account_system_time(p, cputime, cputime_scaled, index);
 245 }
 246
 247 /*
 248  * Account for involuntary wait time.
 249  * @cputime: the cpu time spent in involuntary wait
 250  */
 251 void account_steal_time(cputime_t cputime)
 252 {
 253         u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
 254
 255         cpustat[CPUTIME_STEAL] += (__force u64) cputime;
 256 }
 257
 258 /*
 259  * Account for idle time.
 260  * @cputime: the cpu time spent in idle wait
 261  */
 262 void account_idle_time(cputime_t cputime)
 263 {
 264         u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
 265         struct rq *rq = this_rq();
 266
 267         if (atomic_read(&rq->nr_iowait) > 0)
 268                 cpustat[CPUTIME_IOWAIT] += (__force u64) cputime;
 269         else
 270                 cpustat[CPUTIME_IDLE] += (__force u64) cputime;
 271 }
 272
 273 static __always_inline bool steal_account_process_tick(void)
 274 {
 275 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
 276         if (static_key_false(&paravirt_steal_enabled)) {
 277                 u64 steal, st = 0;
 278
 279                 steal = paravirt_steal_clock(smp_processor_id());
 280                 steal -= this_rq()->prev_steal_time;
 281
 282                 st = steal_ticks(steal);
 283                 this_rq()->prev_steal_time += st * TICK_NSEC;
 284
 285                 account_steal_time(st);
 286                 return st;
 287         }
 288 #endif
 289         return false;
 290 }
 291
 292 /*
 293  * Accumulate raw cputime values of dead tasks (sig->[us]time) and live
 294  * tasks (sum on group iteration) belonging to @tsk's group.
 295  */
 296 void thread_group_cputime(struct task_struct *tsk, struct task_cputime *times)
 297 {
 298         struct signal_struct *sig = tsk->signal;
 299         struct task_struct *t;
 300
 301         times->utime = sig->utime;
 302         times->stime = sig->stime;
 303         times->sum_exec_runtime = sig->sum_sched_runtime;
 304
 305         rcu_read_lock();
 306         /* make sure we can trust tsk->thread_group list */
 307         if (!likely(pid_alive(tsk)))
 308                 goto out;
 309
 310         t = tsk;
 311         do {
 312                 times->utime += t->utime;
 313                 times->stime += t->stime;
 314                 times->sum_exec_runtime += task_sched_runtime(t);
 315         } while_each_thread(tsk, t);
 316 out:
 317         rcu_read_unlock();
 318 }
 319
 320 #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING
 321
 322 #ifdef CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING
 323 /*
 324  * Account a tick to a process and cpustat
 325  * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 326  * @user_tick: is the tick from userspace
 327  * @rq: the pointer to rq
 328  *
 329  * Tick demultiplexing follows the order
 330  * - pending hardirq update
 331  * - pending softirq update
 332  * - user_time
 333  * - idle_time
 334  * - system time
 335  *   - check for guest_time
 336  *   - else account as system_time
 337  *
 338  * Check for hardirq is done both for system and user time as there is
 339  * no timer going off while we are on hardirq and hence we may never get an
 340  * opportunity to update it solely in system time.
 341  * p->stime and friends are only updated on system time and not on irq
 342  * softirq as those do not count in task exec_runtime any more.
 343  */
 344 static void irqtime_account_process_tick(struct task_struct *p, int user_tick,
 345                                                 struct rq *rq)
 346 {
 347         cputime_t one_jiffy_scaled = cputime_to_scaled(cputime_one_jiffy);
 348         u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
 349
 350         if (steal_account_process_tick())
 351                 return;
 352
 353         if (irqtime_account_hi_update()) {
 354                 cpustat[CPUTIME_IRQ] += (__force u64) cputime_one_jiffy;
 355         } else if (irqtime_account_si_update()) {
 356                 cpustat[CPUTIME_SOFTIRQ] += (__force u64) cputime_one_jiffy;
 357         } else if (this_cpu_ksoftirqd() == p) {
 358                 /*
 359                  * ksoftirqd time do not get accounted in cpu_softirq_time.
 360                  * So, we have to handle it separately here.
 361                  * Also, p->stime needs to be updated for ksoftirqd.
 362                  */
 363                 __account_system_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled,
 364                                         CPUTIME_SOFTIRQ);
 365         } else if (user_tick) {
 366                 account_user_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled);
 367         } else if (p == rq->idle) {
 368                 account_idle_time(cputime_one_jiffy);
 369         } else if (p->flags & PF_VCPU) { /* System time or guest time */
 370                 account_guest_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled);
 371         } else {
 372                 __account_system_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled,
 373                                         CPUTIME_SYSTEM);
 374         }
 375 }
 376
 377 static void irqtime_account_idle_ticks(int ticks)
 378 {
 379         int i;
 380         struct rq *rq = this_rq();
 381
 382         for (i = 0; i < ticks; i++)
 383                 irqtime_account_process_tick(current, 0, rq);
 384 }
 385 #else /* CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING */
 386 static void irqtime_account_idle_ticks(int ticks) {}
 387 static void irqtime_account_process_tick(struct task_struct *p, int user_tick,
 388                                                 struct rq *rq) {}
 389 #endif /* CONFIG_IRQ_TIME_ACCOUNTING */
 390
 391 /*
 392  * Account a single tick of cpu time.
 393  * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 394  * @user_tick: indicates if the tick is a user or a system tick
 395  */
 396 void account_process_tick(struct task_struct *p, int user_tick)
 397 {
 398         cputime_t one_jiffy_scaled = cputime_to_scaled(cputime_one_jiffy);
 399         struct rq *rq = this_rq();
 400
 401         if (sched_clock_irqtime) {
 402                 irqtime_account_process_tick(p, user_tick, rq);
 403                 return;
 404         }
 405
 406         if (steal_account_process_tick())
 407                 return;
 408
 409         if (user_tick)
 410                 account_user_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled);
 411         else if ((p != rq->idle) || (irq_count() != HARDIRQ_OFFSET))
 412                 account_system_time(p, HARDIRQ_OFFSET, cputime_one_jiffy,
 413                                     one_jiffy_scaled);
 414         else
 415                 account_idle_time(cputime_one_jiffy);
 416 }
 417
 418 /*
 419  * Account multiple ticks of steal time.
 420  * @p: the process from which the cpu time has been stolen
 421  * @ticks: number of stolen ticks
 422  */
 423 void account_steal_ticks(unsigned long ticks)
 424 {
 425         account_steal_time(jiffies_to_cputime(ticks));
 426 }
 427
 428 /*
 429  * Account multiple ticks of idle time.
 430  * @ticks: number of stolen ticks
 431  */
 432 void account_idle_ticks(unsigned long ticks)
 433 {
 434
 435         if (sched_clock_irqtime) {
 436                 irqtime_account_idle_ticks(ticks);
 437                 return;
 438         }
 439
 440         account_idle_time(jiffies_to_cputime(ticks));
 441 }
 442
 443 #endif
 444
 445 /*
 446  * Use precise platform statistics if available:
 447  */
 448 #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING
 449 void task_cputime_adjusted(struct task_struct *p, cputime_t *ut, cputime_t *st)
 450 {
 451         *ut = p->utime;
 452         *st = p->stime;
 453 }
 454
 455 void thread_group_cputime_adjusted(struct task_struct *p, cputime_t *ut, cputime_t *st)
 456 {
 457         struct task_cputime cputime;
 458
 459         thread_group_cputime(p, &cputime);
 460
 461         *ut = cputime.utime;
 462         *st = cputime.stime;
 463 }
 464
 465 void vtime_account_system_irqsafe(struct task_struct *tsk)
 466 {
 467         unsigned long flags;
 468
 469         local_irq_save(flags);
 470         vtime_account_system(tsk);
 471         local_irq_restore(flags);
 472 }
 473 EXPORT_SYMBOL_GPL(vtime_account_system_irqsafe);
 474
 475 #ifndef __ARCH_HAS_VTIME_TASK_SWITCH
 476 void vtime_task_switch(struct task_struct *prev)
 477 {
 478         if (is_idle_task(prev))
 479                 vtime_account_idle(prev);
 480         else
 481                 vtime_account_system(prev);
 482
 483 #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_NATIVE
 484         vtime_account_user(prev);
 485 #endif
 486         arch_vtime_task_switch(prev);
 487 }
 488 #endif
 489
 490 /*
 491  * Archs that account the whole time spent in the idle task
 492  * (outside irq) as idle time can rely on this and just implement
 493  * vtime_account_system() and vtime_account_idle(). Archs that
 494  * have other meaning of the idle time (s390 only includes the
 495  * time spent by the CPU when it's in low power mode) must override
 496  * vtime_account().
 497  */
 498 #ifndef __ARCH_HAS_VTIME_ACCOUNT
 499 void vtime_account(struct task_struct *tsk)
 500 {
 501         if (!in_interrupt()) {
 502                 /*
 503                  * If we interrupted user, context_tracking_in_user()
 504                  * is 1 because the context tracking don't hook
 505                  * on irq entry/exit. This way we know if
 506                  * we need to flush user time on kernel entry.
 507                  */
 508                 if (context_tracking_in_user()) {
 509                         vtime_account_user(tsk);
 510                         return;
 511                 }
 512
 513                 if (is_idle_task(tsk)) {
 514                         vtime_account_idle(tsk);
 515                         return;
 516                 }
 517         }
 518         vtime_account_system(tsk);
 519 }
 520 EXPORT_SYMBOL_GPL(vtime_account);
 521 #endif /* __ARCH_HAS_VTIME_ACCOUNT */
 522
 523 #else
 524
 525 static cputime_t scale_utime(cputime_t utime, cputime_t rtime, cputime_t total)
 526 {
 527         u64 temp = (__force u64) rtime;
 528
 529         temp *= (__force u64) utime;
 530
 531         if (sizeof(cputime_t) == 4)
 532                 temp = div_u64(temp, (__force u32) total);
 533         else
 534                 temp = div64_u64(temp, (__force u64) total);
 535
 536         return (__force cputime_t) temp;
 537 }
 538
 539 /*
 540  * Adjust tick based cputime random precision against scheduler
 541  * runtime accounting.
 542  */
 543 static void cputime_adjust(struct task_cputime *curr,
 544                            struct cputime *prev,
 545                            cputime_t *ut, cputime_t *st)
 546 {
 547         cputime_t rtime, utime, total;
 548
 549         utime = curr->utime;
 550         total = utime + curr->stime;
 551
 552         /*
 553          * Tick based cputime accounting depend on random scheduling
 554          * timeslices of a task to be interrupted or not by the timer.
 555          * Depending on these circumstances, the number of these interrupts
 556          * may be over or under-optimistic, matching the real user and system
 557          * cputime with a variable precision.
 558          *
 559          * Fix this by scaling these tick based values against the total
 560          * runtime accounted by the CFS scheduler.
 561          */
 562         rtime = nsecs_to_cputime(curr->sum_exec_runtime);
 563
 564         if (total)
 565                 utime = scale_utime(utime, rtime, total);
 566         else
 567                 utime = rtime;
 568
 569         /*
 570          * If the tick based count grows faster than the scheduler one,
 571          * the result of the scaling may go backward.
 572          * Let's enforce monotonicity.
 573          */
 574         prev->utime = max(prev->utime, utime);
 575         prev->stime = max(prev->stime, rtime - prev->utime);
 576
 577         *ut = prev->utime;
 578         *st = prev->stime;
 579 }
 580
 581 void task_cputime_adjusted(struct task_struct *p, cputime_t *ut, cputime_t *st)
 582 {
 583         struct task_cputime cputime = {
 584                 .utime = p->utime,
 585                 .stime = p->stime,
 586                 .sum_exec_runtime = p->se.sum_exec_runtime,
 587         };
 588
 589         cputime_adjust(&cputime, &p->prev_cputime, ut, st);
 590 }
 591
 592 /*
 593  * Must be called with siglock held.
 594  */
 595 void thread_group_cputime_adjusted(struct task_struct *p, cputime_t *ut, cputime_t *st)
 596 {
 597         struct task_cputime cputime;
 598
 599         thread_group_cputime(p, &cputime);
 600         cputime_adjust(&cputime, &p->signal->prev_cputime, ut, st);
 601 }
 602 #endif
 603
 604 #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN
 605 static DEFINE_PER_CPU(unsigned long long, cputime_snap);
 606
 607 static cputime_t get_vtime_delta(void)
 608 {
 609         unsigned long long delta;
 610
 611         delta = sched_clock() - __this_cpu_read(cputime_snap);
 612         __this_cpu_add(cputime_snap, delta);
 613
 614         /* CHECKME: always safe to convert nsecs to cputime? */
 615         return nsecs_to_cputime(delta);
 616 }
 617
 618 void vtime_account_system(struct task_struct *tsk)
 619 {
 620         cputime_t delta_cpu = get_vtime_delta();
 621
 622         account_system_time(tsk, irq_count(), delta_cpu, cputime_to_scaled(delta_cpu));
 623 }
 624
 625 void vtime_account_user(struct task_struct *tsk)
 626 {
 627         cputime_t delta_cpu = get_vtime_delta();
 628
 629         account_user_time(tsk, delta_cpu, cputime_to_scaled(delta_cpu));
 630 }
 631
 632 void vtime_account_idle(struct task_struct *tsk)
 633 {
 634         cputime_t delta_cpu = get_vtime_delta();
 635
 636         account_idle_time(delta_cpu);
 637 }
 638 #endif /* CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN */