]> Git Repo - linux.git/blob - kernel/time/timer_migration.c
Linux 6.14-rc3
[linux.git] / kernel / time / timer_migration.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Infrastructure for migratable timers
4  *
5  * Copyright(C) 2022 linutronix GmbH
6  */
7 #include <linux/cpuhotplug.h>
8 #include <linux/slab.h>
9 #include <linux/smp.h>
10 #include <linux/spinlock.h>
11 #include <linux/timerqueue.h>
12 #include <trace/events/ipi.h>
13
14 #include "timer_migration.h"
15 #include "tick-internal.h"
16
17 #define CREATE_TRACE_POINTS
18 #include <trace/events/timer_migration.h>
19
20 /*
21  * The timer migration mechanism is built on a hierarchy of groups. The
22  * lowest level group contains CPUs, the next level groups of CPU groups
23  * and so forth. The CPU groups are kept per node so for the normal case
24  * lock contention won't happen across nodes. Depending on the number of
25  * CPUs per node even the next level might be kept as groups of CPU groups
26  * per node and only the levels above cross the node topology.
27  *
28  * Example topology for a two node system with 24 CPUs each.
29  *
30  * LVL 2                           [GRP2:0]
31  *                              GRP1:0 = GRP1:M
32  *
33  * LVL 1            [GRP1:0]                      [GRP1:1]
34  *               GRP0:0 - GRP0:2               GRP0:3 - GRP0:5
35  *
36  * LVL 0  [GRP0:0]  [GRP0:1]  [GRP0:2]  [GRP0:3]  [GRP0:4]  [GRP0:5]
37  * CPUS     0-7       8-15      16-23     24-31     32-39     40-47
38  *
39  * The groups hold a timer queue of events sorted by expiry time. These
40  * queues are updated when CPUs go in idle. When they come out of idle
41  * ignore flag of events is set.
42  *
43  * Each group has a designated migrator CPU/group as long as a CPU/group is
44  * active in the group. This designated role is necessary to avoid that all
45  * active CPUs in a group try to migrate expired timers from other CPUs,
46  * which would result in massive lock bouncing.
47  *
48  * When a CPU is awake, it checks in it's own timer tick the group
49  * hierarchy up to the point where it is assigned the migrator role or if
50  * no CPU is active, it also checks the groups where no migrator is set
51  * (TMIGR_NONE).
52  *
53  * If it finds expired timers in one of the group queues it pulls them over
54  * from the idle CPU and runs the timer function. After that it updates the
55  * group and the parent groups if required.
56  *
57  * CPUs which go idle arm their CPU local timer hardware for the next local
58  * (pinned) timer event. If the next migratable timer expires after the
59  * next local timer or the CPU has no migratable timer pending then the
60  * CPU does not queue an event in the LVL0 group. If the next migratable
61  * timer expires before the next local timer then the CPU queues that timer
62  * in the LVL0 group. In both cases the CPU marks itself idle in the LVL0
63  * group.
64  *
65  * When CPU comes out of idle and when a group has at least a single active
66  * child, the ignore flag of the tmigr_event is set. This indicates, that
67  * the event is ignored even if it is still enqueued in the parent groups
68  * timer queue. It will be removed when touching the timer queue the next
69  * time. This spares locking in active path as the lock protects (after
70  * setup) only event information. For more information about locking,
71  * please read the section "Locking rules".
72  *
73  * If the CPU is the migrator of the group then it delegates that role to
74  * the next active CPU in the group or sets migrator to TMIGR_NONE when
75  * there is no active CPU in the group. This delegation needs to be
76  * propagated up the hierarchy so hand over from other leaves can happen at
77  * all hierarchy levels w/o doing a search.
78  *
79  * When the last CPU in the system goes idle, then it drops all migrator
80  * duties up to the top level of the hierarchy (LVL2 in the example). It
81  * then has to make sure, that it arms it's own local hardware timer for
82  * the earliest event in the system.
83  *
84  *
85  * Lifetime rules:
86  * ---------------
87  *
88  * The groups are built up at init time or when CPUs come online. They are
89  * not destroyed when a group becomes empty due to offlining. The group
90  * just won't participate in the hierarchy management anymore. Destroying
91  * groups would result in interesting race conditions which would just make
92  * the whole mechanism slow and complex.
93  *
94  *
95  * Locking rules:
96  * --------------
97  *
98  * For setting up new groups and handling events it's required to lock both
99  * child and parent group. The lock ordering is always bottom up. This also
100  * includes the per CPU locks in struct tmigr_cpu. For updating the migrator and
101  * active CPU/group information atomic_try_cmpxchg() is used instead and only
102  * the per CPU tmigr_cpu->lock is held.
103  *
104  * During the setup of groups tmigr_level_list is required. It is protected by
105  * @tmigr_mutex.
106  *
107  * When @timer_base->lock as well as tmigr related locks are required, the lock
108  * ordering is: first @timer_base->lock, afterwards tmigr related locks.
109  *
110  *
111  * Protection of the tmigr group state information:
112  * ------------------------------------------------
113  *
114  * The state information with the list of active children and migrator needs to
115  * be protected by a sequence counter. It prevents a race when updates in child
116  * groups are propagated in changed order. The state update is performed
117  * lockless and group wise. The following scenario describes what happens
118  * without updating the sequence counter:
119  *
120  * Therefore, let's take three groups and four CPUs (CPU2 and CPU3 as well
121  * as GRP0:1 will not change during the scenario):
122  *
123  *    LVL 1            [GRP1:0]
124  *                     migrator = GRP0:1
125  *                     active   = GRP0:0, GRP0:1
126  *                   /                \
127  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
128  *           migrator = CPU0           migrator = CPU2
129  *           active   = CPU0           active   = CPU2
130  *              /         \                /         \
131  *    CPUs     0           1              2           3
132  *             active      idle           active      idle
133  *
134  *
135  * 1. CPU0 goes idle. As the update is performed group wise, in the first step
136  *    only GRP0:0 is updated. The update of GRP1:0 is pending as CPU0 has to
137  *    walk the hierarchy.
138  *
139  *    LVL 1            [GRP1:0]
140  *                     migrator = GRP0:1
141  *                     active   = GRP0:0, GRP0:1
142  *                   /                \
143  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
144  *       --> migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
145  *       --> active   =                active   = CPU2
146  *              /         \                /         \
147  *    CPUs     0           1              2           3
148  *         --> idle        idle           active      idle
149  *
150  * 2. While CPU0 goes idle and continues to update the state, CPU1 comes out of
151  *    idle. CPU1 updates GRP0:0. The update for GRP1:0 is pending as CPU1 also
152  *    has to walk the hierarchy. Both CPUs (CPU0 and CPU1) now walk the
153  *    hierarchy to perform the needed update from their point of view. The
154  *    currently visible state looks the following:
155  *
156  *    LVL 1            [GRP1:0]
157  *                     migrator = GRP0:1
158  *                     active   = GRP0:0, GRP0:1
159  *                   /                \
160  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
161  *       --> migrator = CPU1           migrator = CPU2
162  *       --> active   = CPU1           active   = CPU2
163  *              /         \                /         \
164  *    CPUs     0           1              2           3
165  *             idle    --> active         active      idle
166  *
167  * 3. Here is the race condition: CPU1 managed to propagate its changes (from
168  *    step 2) through the hierarchy to GRP1:0 before CPU0 (step 1) did. The
169  *    active members of GRP1:0 remain unchanged after the update since it is
170  *    still valid from CPU1 current point of view:
171  *
172  *    LVL 1            [GRP1:0]
173  *                 --> migrator = GRP0:1
174  *                 --> active   = GRP0:0, GRP0:1
175  *                   /                \
176  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
177  *           migrator = CPU1           migrator = CPU2
178  *           active   = CPU1           active   = CPU2
179  *              /         \                /         \
180  *    CPUs     0           1              2           3
181  *             idle        active         active      idle
182  *
183  * 4. Now CPU0 finally propagates its changes (from step 1) to GRP1:0.
184  *
185  *    LVL 1            [GRP1:0]
186  *                 --> migrator = GRP0:1
187  *                 --> active   = GRP0:1
188  *                   /                \
189  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
190  *           migrator = CPU1           migrator = CPU2
191  *           active   = CPU1           active   = CPU2
192  *              /         \                /         \
193  *    CPUs     0           1              2           3
194  *             idle        active         active      idle
195  *
196  *
197  * The race of CPU0 vs. CPU1 led to an inconsistent state in GRP1:0. CPU1 is
198  * active and is correctly listed as active in GRP0:0. However GRP1:0 does not
199  * have GRP0:0 listed as active, which is wrong. The sequence counter has been
200  * added to avoid inconsistent states during updates. The state is updated
201  * atomically only if all members, including the sequence counter, match the
202  * expected value (compare-and-exchange).
203  *
204  * Looking back at the previous example with the addition of the sequence
205  * counter: The update as performed by CPU0 in step 4 will fail. CPU1 changed
206  * the sequence number during the update in step 3 so the expected old value (as
207  * seen by CPU0 before starting the walk) does not match.
208  *
209  * Prevent race between new event and last CPU going inactive
210  * ----------------------------------------------------------
211  *
212  * When the last CPU is going idle and there is a concurrent update of a new
213  * first global timer of an idle CPU, the group and child states have to be read
214  * while holding the lock in tmigr_update_events(). The following scenario shows
215  * what happens, when this is not done.
216  *
217  * 1. Only CPU2 is active:
218  *
219  *    LVL 1            [GRP1:0]
220  *                     migrator = GRP0:1
221  *                     active   = GRP0:1
222  *                     next_expiry = KTIME_MAX
223  *                   /                \
224  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
225  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
226  *           active   =                active   = CPU2
227  *           next_expiry = KTIME_MAX   next_expiry = KTIME_MAX
228  *              /         \                /         \
229  *    CPUs     0           1              2           3
230  *             idle        idle           active      idle
231  *
232  * 2. Now CPU 2 goes idle (and has no global timer, that has to be handled) and
233  *    propagates that to GRP0:1:
234  *
235  *    LVL 1            [GRP1:0]
236  *                     migrator = GRP0:1
237  *                     active   = GRP0:1
238  *                     next_expiry = KTIME_MAX
239  *                   /                \
240  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
241  *           migrator = TMIGR_NONE --> migrator = TMIGR_NONE
242  *           active   =            --> active   =
243  *           next_expiry = KTIME_MAX   next_expiry = KTIME_MAX
244  *              /         \                /         \
245  *    CPUs     0           1              2           3
246  *             idle        idle       --> idle        idle
247  *
248  * 3. Now the idle state is propagated up to GRP1:0. As this is now the last
249  *    child going idle in top level group, the expiry of the next group event
250  *    has to be handed back to make sure no event is lost. As there is no event
251  *    enqueued, KTIME_MAX is handed back to CPU2.
252  *
253  *    LVL 1            [GRP1:0]
254  *                 --> migrator = TMIGR_NONE
255  *                 --> active   =
256  *                     next_expiry = KTIME_MAX
257  *                   /                \
258  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
259  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = TMIGR_NONE
260  *           active   =                active   =
261  *           next_expiry = KTIME_MAX   next_expiry = KTIME_MAX
262  *              /         \                /         \
263  *    CPUs     0           1              2           3
264  *             idle        idle       --> idle        idle
265  *
266  * 4. CPU 0 has a new timer queued from idle and it expires at TIMER0. CPU0
267  *    propagates that to GRP0:0:
268  *
269  *    LVL 1            [GRP1:0]
270  *                     migrator = TMIGR_NONE
271  *                     active   =
272  *                     next_expiry = KTIME_MAX
273  *                   /                \
274  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
275  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = TMIGR_NONE
276  *           active   =                active   =
277  *       --> next_expiry = TIMER0      next_expiry  = KTIME_MAX
278  *              /         \                /         \
279  *    CPUs     0           1              2           3
280  *             idle        idle           idle        idle
281  *
282  * 5. GRP0:0 is not active, so the new timer has to be propagated to
283  *    GRP1:0. Therefore the GRP1:0 state has to be read. When the stalled value
284  *    (from step 2) is read, the timer is enqueued into GRP1:0, but nothing is
285  *    handed back to CPU0, as it seems that there is still an active child in
286  *    top level group.
287  *
288  *    LVL 1            [GRP1:0]
289  *                     migrator = TMIGR_NONE
290  *                     active   =
291  *                 --> next_expiry = TIMER0
292  *                   /                \
293  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
294  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = TMIGR_NONE
295  *           active   =                active   =
296  *           next_expiry = TIMER0      next_expiry  = KTIME_MAX
297  *              /         \                /         \
298  *    CPUs     0           1              2           3
299  *             idle        idle           idle        idle
300  *
301  * This is prevented by reading the state when holding the lock (when a new
302  * timer has to be propagated from idle path)::
303  *
304  *   CPU2 (tmigr_inactive_up())          CPU0 (tmigr_new_timer_up())
305  *   --------------------------          ---------------------------
306  *   // step 3:
307  *   cmpxchg(&GRP1:0->state);
308  *   tmigr_update_events() {
309  *       spin_lock(&GRP1:0->lock);
310  *       // ... update events ...
311  *       // hand back first expiry when GRP1:0 is idle
312  *       spin_unlock(&GRP1:0->lock);
313  *       // ^^^ release state modification
314  *   }
315  *                                       tmigr_update_events() {
316  *                                           spin_lock(&GRP1:0->lock)
317  *                                           // ^^^ acquire state modification
318  *                                           group_state = atomic_read(&GRP1:0->state)
319  *                                           // .... update events ...
320  *                                           // hand back first expiry when GRP1:0 is idle
321  *                                           spin_unlock(&GRP1:0->lock) <3>
322  *                                           // ^^^ makes state visible for other
323  *                                           // callers of tmigr_new_timer_up()
324  *                                       }
325  *
326  * When CPU0 grabs the lock directly after cmpxchg, the first timer is reported
327  * back to CPU0 and also later on to CPU2. So no timer is missed. A concurrent
328  * update of the group state from active path is no problem, as the upcoming CPU
329  * will take care of the group events.
330  *
331  * Required event and timerqueue update after a remote expiry:
332  * -----------------------------------------------------------
333  *
334  * After expiring timers of a remote CPU, a walk through the hierarchy and
335  * update of events and timerqueues is required. It is obviously needed if there
336  * is a 'new' global timer but also if there is no new global timer but the
337  * remote CPU is still idle.
338  *
339  * 1. CPU0 and CPU1 are idle and have both a global timer expiring at the same
340  *    time. So both have an event enqueued in the timerqueue of GRP0:0. CPU3 is
341  *    also idle and has no global timer pending. CPU2 is the only active CPU and
342  *    thus also the migrator:
343  *
344  *    LVL 1            [GRP1:0]
345  *                     migrator = GRP0:1
346  *                     active   = GRP0:1
347  *                 --> timerqueue = evt-GRP0:0
348  *                   /                \
349  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
350  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
351  *           active   =                active   = CPU2
352  *           groupevt.ignore = false   groupevt.ignore = true
353  *           groupevt.cpu = CPU0       groupevt.cpu =
354  *           timerqueue = evt-CPU0,    timerqueue =
355  *                        evt-CPU1
356  *              /         \                /         \
357  *    CPUs     0           1              2           3
358  *             idle        idle           active      idle
359  *
360  * 2. CPU2 starts to expire remote timers. It starts with LVL0 group
361  *    GRP0:1. There is no event queued in the timerqueue, so CPU2 continues with
362  *    the parent of GRP0:1: GRP1:0. In GRP1:0 it dequeues the first event. It
363  *    looks at tmigr_event::cpu struct member and expires the pending timer(s)
364  *    of CPU0.
365  *
366  *    LVL 1            [GRP1:0]
367  *                     migrator = GRP0:1
368  *                     active   = GRP0:1
369  *                 --> timerqueue =
370  *                   /                \
371  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
372  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
373  *           active   =                active   = CPU2
374  *           groupevt.ignore = false   groupevt.ignore = true
375  *       --> groupevt.cpu = CPU0       groupevt.cpu =
376  *           timerqueue = evt-CPU0,    timerqueue =
377  *                        evt-CPU1
378  *              /         \                /         \
379  *    CPUs     0           1              2           3
380  *             idle        idle           active      idle
381  *
382  * 3. Some work has to be done after expiring the timers of CPU0. If we stop
383  *    here, then CPU1's pending global timer(s) will not expire in time and the
384  *    timerqueue of GRP0:0 has still an event for CPU0 enqueued which has just
385  *    been processed. So it is required to walk the hierarchy from CPU0's point
386  *    of view and update it accordingly. CPU0's event will be removed from the
387  *    timerqueue because it has no pending timer. If CPU0 would have a timer
388  *    pending then it has to expire after CPU1's first timer because all timers
389  *    from this period were just expired. Either way CPU1's event will be first
390  *    in GRP0:0's timerqueue and therefore set in the CPU field of the group
391  *    event which is then enqueued in GRP1:0's timerqueue as GRP0:0 is still not
392  *    active:
393  *
394  *    LVL 1            [GRP1:0]
395  *                     migrator = GRP0:1
396  *                     active   = GRP0:1
397  *                 --> timerqueue = evt-GRP0:0
398  *                   /                \
399  *    LVL 0  [GRP0:0]                  [GRP0:1]
400  *           migrator = TMIGR_NONE     migrator = CPU2
401  *           active   =                active   = CPU2
402  *           groupevt.ignore = false   groupevt.ignore = true
403  *       --> groupevt.cpu = CPU1       groupevt.cpu =
404  *       --> timerqueue = evt-CPU1     timerqueue =
405  *              /         \                /         \
406  *    CPUs     0           1              2           3
407  *             idle        idle           active      idle
408  *
409  * Now CPU2 (migrator) will continue step 2 at GRP1:0 and will expire the
410  * timer(s) of CPU1.
411  *
412  * The hierarchy walk in step 3 can be skipped if the migrator notices that a
413  * CPU of GRP0:0 is active again. The CPU will mark GRP0:0 active and take care
414  * of the group as migrator and any needed updates within the hierarchy.
415  */
416
417 static DEFINE_MUTEX(tmigr_mutex);
418 static struct list_head *tmigr_level_list __read_mostly;
419
420 static unsigned int tmigr_hierarchy_levels __read_mostly;
421 static unsigned int tmigr_crossnode_level __read_mostly;
422
423 static DEFINE_PER_CPU(struct tmigr_cpu, tmigr_cpu);
424
425 #define TMIGR_NONE      0xFF
426 #define BIT_CNT         8
427
428 static inline bool tmigr_is_not_available(struct tmigr_cpu *tmc)
429 {
430         return !(tmc->tmgroup && tmc->online);
431 }
432
433 /*
434  * Returns true, when @childmask corresponds to the group migrator or when the
435  * group is not active - so no migrator is set.
436  */
437 static bool tmigr_check_migrator(struct tmigr_group *group, u8 childmask)
438 {
439         union tmigr_state s;
440
441         s.state = atomic_read(&group->migr_state);
442
443         if ((s.migrator == childmask) || (s.migrator == TMIGR_NONE))
444                 return true;
445
446         return false;
447 }
448
449 static bool tmigr_check_migrator_and_lonely(struct tmigr_group *group, u8 childmask)
450 {
451         bool lonely, migrator = false;
452         unsigned long active;
453         union tmigr_state s;
454
455         s.state = atomic_read(&group->migr_state);
456
457         if ((s.migrator == childmask) || (s.migrator == TMIGR_NONE))
458                 migrator = true;
459
460         active = s.active;
461         lonely = bitmap_weight(&active, BIT_CNT) <= 1;
462
463         return (migrator && lonely);
464 }
465
466 static bool tmigr_check_lonely(struct tmigr_group *group)
467 {
468         unsigned long active;
469         union tmigr_state s;
470
471         s.state = atomic_read(&group->migr_state);
472
473         active = s.active;
474
475         return bitmap_weight(&active, BIT_CNT) <= 1;
476 }
477
478 /**
479  * struct tmigr_walk - data required for walking the hierarchy
480  * @nextexp:            Next CPU event expiry information which is handed into
481  *                      the timer migration code by the timer code
482  *                      (get_next_timer_interrupt())
483  * @firstexp:           Contains the first event expiry information when
484  *                      hierarchy is completely idle.  When CPU itself was the
485  *                      last going idle, information makes sure, that CPU will
486  *                      be back in time. When using this value in the remote
487  *                      expiry case, firstexp is stored in the per CPU tmigr_cpu
488  *                      struct of CPU which expires remote timers. It is updated
489  *                      in top level group only. Be aware, there could occur a
490  *                      new top level of the hierarchy between the 'top level
491  *                      call' in tmigr_update_events() and the check for the
492  *                      parent group in walk_groups(). Then @firstexp might
493  *                      contain a value != KTIME_MAX even if it was not the
494  *                      final top level. This is not a problem, as the worst
495  *                      outcome is a CPU which might wake up a little early.
496  * @evt:                Pointer to tmigr_event which needs to be queued (of idle
497  *                      child group)
498  * @childmask:          groupmask of child group
499  * @remote:             Is set, when the new timer path is executed in
500  *                      tmigr_handle_remote_cpu()
501  * @basej:              timer base in jiffies
502  * @now:                timer base monotonic
503  * @check:              is set if there is the need to handle remote timers;
504  *                      required in tmigr_requires_handle_remote() only
505  * @tmc_active:         this flag indicates, whether the CPU which triggers
506  *                      the hierarchy walk is !idle in the timer migration
507  *                      hierarchy. When the CPU is idle and the whole hierarchy is
508  *                      idle, only the first event of the top level has to be
509  *                      considered.
510  */
511 struct tmigr_walk {
512         u64                     nextexp;
513         u64                     firstexp;
514         struct tmigr_event      *evt;
515         u8                      childmask;
516         bool                    remote;
517         unsigned long           basej;
518         u64                     now;
519         bool                    check;
520         bool                    tmc_active;
521 };
522
523 typedef bool (*up_f)(struct tmigr_group *, struct tmigr_group *, struct tmigr_walk *);
524
525 static void __walk_groups(up_f up, struct tmigr_walk *data,
526                           struct tmigr_cpu *tmc)
527 {
528         struct tmigr_group *child = NULL, *group = tmc->tmgroup;
529
530         do {
531                 WARN_ON_ONCE(group->level >= tmigr_hierarchy_levels);
532
533                 if (up(group, child, data))
534                         break;
535
536                 child = group;
537                 /*
538                  * Pairs with the store release on group connection
539                  * to make sure group initialization is visible.
540                  */
541                 group = READ_ONCE(group->parent);
542                 data->childmask = child->groupmask;
543                 WARN_ON_ONCE(!data->childmask);
544         } while (group);
545 }
546
547 static void walk_groups(up_f up, struct tmigr_walk *data, struct tmigr_cpu *tmc)
548 {
549         lockdep_assert_held(&tmc->lock);
550
551         __walk_groups(up, data, tmc);
552 }
553
554 /*
555  * Returns the next event of the timerqueue @group->events
556  *
557  * Removes timers with ignore flag and update next_expiry of the group. Values
558  * of the group event are updated in tmigr_update_events() only.
559  */
560 static struct tmigr_event *tmigr_next_groupevt(struct tmigr_group *group)
561 {
562         struct timerqueue_node *node = NULL;
563         struct tmigr_event *evt = NULL;
564
565         lockdep_assert_held(&group->lock);
566
567         WRITE_ONCE(group->next_expiry, KTIME_MAX);
568
569         while ((node = timerqueue_getnext(&group->events))) {
570                 evt = container_of(node, struct tmigr_event, nextevt);
571
572                 if (!READ_ONCE(evt->ignore)) {
573                         WRITE_ONCE(group->next_expiry, evt->nextevt.expires);
574                         return evt;
575                 }
576
577                 /*
578                  * Remove next timers with ignore flag, because the group lock
579                  * is held anyway
580                  */
581                 if (!timerqueue_del(&group->events, node))
582                         break;
583         }
584
585         return NULL;
586 }
587
588 /*
589  * Return the next event (with the expiry equal or before @now)
590  *
591  * Event, which is returned, is also removed from the queue.
592  */
593 static struct tmigr_event *tmigr_next_expired_groupevt(struct tmigr_group *group,
594                                                        u64 now)
595 {
596         struct tmigr_event *evt = tmigr_next_groupevt(group);
597
598         if (!evt || now < evt->nextevt.expires)
599                 return NULL;
600
601         /*
602          * The event is ready to expire. Remove it and update next group event.
603          */
604         timerqueue_del(&group->events, &evt->nextevt);
605         tmigr_next_groupevt(group);
606
607         return evt;
608 }
609
610 static u64 tmigr_next_groupevt_expires(struct tmigr_group *group)
611 {
612         struct tmigr_event *evt;
613
614         evt = tmigr_next_groupevt(group);
615
616         if (!evt)
617                 return KTIME_MAX;
618         else
619                 return evt->nextevt.expires;
620 }
621
622 static bool tmigr_active_up(struct tmigr_group *group,
623                             struct tmigr_group *child,
624                             struct tmigr_walk *data)
625 {
626         union tmigr_state curstate, newstate;
627         bool walk_done;
628         u8 childmask;
629
630         childmask = data->childmask;
631         /*
632          * No memory barrier is required here in contrast to
633          * tmigr_inactive_up(), as the group state change does not depend on the
634          * child state.
635          */
636         curstate.state = atomic_read(&group->migr_state);
637
638         do {
639                 newstate = curstate;
640                 walk_done = true;
641
642                 if (newstate.migrator == TMIGR_NONE) {
643                         newstate.migrator = childmask;
644
645                         /* Changes need to be propagated */
646                         walk_done = false;
647                 }
648
649                 newstate.active |= childmask;
650                 newstate.seq++;
651
652         } while (!atomic_try_cmpxchg(&group->migr_state, &curstate.state, newstate.state));
653
654         trace_tmigr_group_set_cpu_active(group, newstate, childmask);
655
656         /*
657          * The group is active (again). The group event might be still queued
658          * into the parent group's timerqueue but can now be handled by the
659          * migrator of this group. Therefore the ignore flag for the group event
660          * is updated to reflect this.
661          *
662          * The update of the ignore flag in the active path is done lockless. In
663          * worst case the migrator of the parent group observes the change too
664          * late and expires remotely all events belonging to this group. The
665          * lock is held while updating the ignore flag in idle path. So this
666          * state change will not be lost.
667          */
668         WRITE_ONCE(group->groupevt.ignore, true);
669
670         return walk_done;
671 }
672
673 static void __tmigr_cpu_activate(struct tmigr_cpu *tmc)
674 {
675         struct tmigr_walk data;
676
677         data.childmask = tmc->groupmask;
678
679         trace_tmigr_cpu_active(tmc);
680
681         tmc->cpuevt.ignore = true;
682         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
683
684         walk_groups(&tmigr_active_up, &data, tmc);
685 }
686
687 /**
688  * tmigr_cpu_activate() - set this CPU active in timer migration hierarchy
689  *
690  * Call site timer_clear_idle() is called with interrupts disabled.
691  */
692 void tmigr_cpu_activate(void)
693 {
694         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
695
696         if (tmigr_is_not_available(tmc))
697                 return;
698
699         if (WARN_ON_ONCE(!tmc->idle))
700                 return;
701
702         raw_spin_lock(&tmc->lock);
703         tmc->idle = false;
704         __tmigr_cpu_activate(tmc);
705         raw_spin_unlock(&tmc->lock);
706 }
707
708 /*
709  * Returns true, if there is nothing to be propagated to the next level
710  *
711  * @data->firstexp is set to expiry of first gobal event of the (top level of
712  * the) hierarchy, but only when hierarchy is completely idle.
713  *
714  * The child and group states need to be read under the lock, to prevent a race
715  * against a concurrent tmigr_inactive_up() run when the last CPU goes idle. See
716  * also section "Prevent race between new event and last CPU going inactive" in
717  * the documentation at the top.
718  *
719  * This is the only place where the group event expiry value is set.
720  */
721 static
722 bool tmigr_update_events(struct tmigr_group *group, struct tmigr_group *child,
723                          struct tmigr_walk *data)
724 {
725         struct tmigr_event *evt, *first_childevt;
726         union tmigr_state childstate, groupstate;
727         bool remote = data->remote;
728         bool walk_done = false;
729         bool ignore;
730         u64 nextexp;
731
732         if (child) {
733                 raw_spin_lock(&child->lock);
734                 raw_spin_lock_nested(&group->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
735
736                 childstate.state = atomic_read(&child->migr_state);
737                 groupstate.state = atomic_read(&group->migr_state);
738
739                 if (childstate.active) {
740                         walk_done = true;
741                         goto unlock;
742                 }
743
744                 first_childevt = tmigr_next_groupevt(child);
745                 nextexp = child->next_expiry;
746                 evt = &child->groupevt;
747
748                 /*
749                  * This can race with concurrent idle exit (activate).
750                  * If the current writer wins, a useless remote expiration may
751                  * be scheduled. If the activate wins, the event is properly
752                  * ignored.
753                  */
754                 ignore = (nextexp == KTIME_MAX) ? true : false;
755                 WRITE_ONCE(evt->ignore, ignore);
756         } else {
757                 nextexp = data->nextexp;
758
759                 first_childevt = evt = data->evt;
760                 ignore = evt->ignore;
761
762                 /*
763                  * Walking the hierarchy is required in any case when a
764                  * remote expiry was done before. This ensures to not lose
765                  * already queued events in non active groups (see section
766                  * "Required event and timerqueue update after a remote
767                  * expiry" in the documentation at the top).
768                  *
769                  * The two call sites which are executed without a remote expiry
770                  * before, are not prevented from propagating changes through
771                  * the hierarchy by the return:
772                  *  - When entering this path by tmigr_new_timer(), @evt->ignore
773                  *    is never set.
774                  *  - tmigr_inactive_up() takes care of the propagation by
775                  *    itself and ignores the return value. But an immediate
776                  *    return is possible if there is a parent, sparing group
777                  *    locking at this level, because the upper walking call to
778                  *    the parent will take care about removing this event from
779                  *    within the group and update next_expiry accordingly.
780                  *
781                  * However if there is no parent, ie: the hierarchy has only a
782                  * single level so @group is the top level group, make sure the
783                  * first event information of the group is updated properly and
784                  * also handled properly, so skip this fast return path.
785                  */
786                 if (ignore && !remote && group->parent)
787                         return true;
788
789                 raw_spin_lock(&group->lock);
790
791                 childstate.state = 0;
792                 groupstate.state = atomic_read(&group->migr_state);
793         }
794
795         /*
796          * If the child event is already queued in the group, remove it from the
797          * queue when the expiry time changed only or when it could be ignored.
798          */
799         if (timerqueue_node_queued(&evt->nextevt)) {
800                 if ((evt->nextevt.expires == nextexp) && !ignore) {
801                         /* Make sure not to miss a new CPU event with the same expiry */
802                         evt->cpu = first_childevt->cpu;
803                         goto check_toplvl;
804                 }
805
806                 if (!timerqueue_del(&group->events, &evt->nextevt))
807                         WRITE_ONCE(group->next_expiry, KTIME_MAX);
808         }
809
810         if (ignore) {
811                 /*
812                  * When the next child event could be ignored (nextexp is
813                  * KTIME_MAX) and there was no remote timer handling before or
814                  * the group is already active, there is no need to walk the
815                  * hierarchy even if there is a parent group.
816                  *
817                  * The other way round: even if the event could be ignored, but
818                  * if a remote timer handling was executed before and the group
819                  * is not active, walking the hierarchy is required to not miss
820                  * an enqueued timer in the non active group. The enqueued timer
821                  * of the group needs to be propagated to a higher level to
822                  * ensure it is handled.
823                  */
824                 if (!remote || groupstate.active)
825                         walk_done = true;
826         } else {
827                 evt->nextevt.expires = nextexp;
828                 evt->cpu = first_childevt->cpu;
829
830                 if (timerqueue_add(&group->events, &evt->nextevt))
831                         WRITE_ONCE(group->next_expiry, nextexp);
832         }
833
834 check_toplvl:
835         if (!group->parent && (groupstate.migrator == TMIGR_NONE)) {
836                 walk_done = true;
837
838                 /*
839                  * Nothing to do when update was done during remote timer
840                  * handling. First timer in top level group which needs to be
841                  * handled when top level group is not active, is calculated
842                  * directly in tmigr_handle_remote_up().
843                  */
844                 if (remote)
845                         goto unlock;
846
847                 /*
848                  * The top level group is idle and it has to be ensured the
849                  * global timers are handled in time. (This could be optimized
850                  * by keeping track of the last global scheduled event and only
851                  * arming it on the CPU if the new event is earlier. Not sure if
852                  * its worth the complexity.)
853                  */
854                 data->firstexp = tmigr_next_groupevt_expires(group);
855         }
856
857         trace_tmigr_update_events(child, group, childstate, groupstate,
858                                   nextexp);
859
860 unlock:
861         raw_spin_unlock(&group->lock);
862
863         if (child)
864                 raw_spin_unlock(&child->lock);
865
866         return walk_done;
867 }
868
869 static bool tmigr_new_timer_up(struct tmigr_group *group,
870                                struct tmigr_group *child,
871                                struct tmigr_walk *data)
872 {
873         return tmigr_update_events(group, child, data);
874 }
875
876 /*
877  * Returns the expiry of the next timer that needs to be handled. KTIME_MAX is
878  * returned, if an active CPU will handle all the timer migration hierarchy
879  * timers.
880  */
881 static u64 tmigr_new_timer(struct tmigr_cpu *tmc, u64 nextexp)
882 {
883         struct tmigr_walk data = { .nextexp = nextexp,
884                                    .firstexp = KTIME_MAX,
885                                    .evt = &tmc->cpuevt };
886
887         lockdep_assert_held(&tmc->lock);
888
889         if (tmc->remote)
890                 return KTIME_MAX;
891
892         trace_tmigr_cpu_new_timer(tmc);
893
894         tmc->cpuevt.ignore = false;
895         data.remote = false;
896
897         walk_groups(&tmigr_new_timer_up, &data, tmc);
898
899         /* If there is a new first global event, make sure it is handled */
900         return data.firstexp;
901 }
902
903 static void tmigr_handle_remote_cpu(unsigned int cpu, u64 now,
904                                     unsigned long jif)
905 {
906         struct timer_events tevt;
907         struct tmigr_walk data;
908         struct tmigr_cpu *tmc;
909
910         tmc = per_cpu_ptr(&tmigr_cpu, cpu);
911
912         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
913
914         /*
915          * If the remote CPU is offline then the timers have been migrated to
916          * another CPU.
917          *
918          * If tmigr_cpu::remote is set, at the moment another CPU already
919          * expires the timers of the remote CPU.
920          *
921          * If tmigr_event::ignore is set, then the CPU returns from idle and
922          * takes care of its timers.
923          *
924          * If the next event expires in the future, then the event has been
925          * updated and there are no timers to expire right now. The CPU which
926          * updated the event takes care when hierarchy is completely
927          * idle. Otherwise the migrator does it as the event is enqueued.
928          */
929         if (!tmc->online || tmc->remote || tmc->cpuevt.ignore ||
930             now < tmc->cpuevt.nextevt.expires) {
931                 raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
932                 return;
933         }
934
935         trace_tmigr_handle_remote_cpu(tmc);
936
937         tmc->remote = true;
938         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
939
940         /* Drop the lock to allow the remote CPU to exit idle */
941         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
942
943         if (cpu != smp_processor_id())
944                 timer_expire_remote(cpu);
945
946         /*
947          * Lock ordering needs to be preserved - timer_base locks before tmigr
948          * related locks (see section "Locking rules" in the documentation at
949          * the top). During fetching the next timer interrupt, also tmc->lock
950          * needs to be held. Otherwise there is a possible race window against
951          * the CPU itself when it comes out of idle, updates the first timer in
952          * the hierarchy and goes back to idle.
953          *
954          * timer base locks are dropped as fast as possible: After checking
955          * whether the remote CPU went offline in the meantime and after
956          * fetching the next remote timer interrupt. Dropping the locks as fast
957          * as possible keeps the locking region small and prevents holding
958          * several (unnecessary) locks during walking the hierarchy for updating
959          * the timerqueue and group events.
960          */
961         local_irq_disable();
962         timer_lock_remote_bases(cpu);
963         raw_spin_lock(&tmc->lock);
964
965         /*
966          * When the CPU went offline in the meantime, no hierarchy walk has to
967          * be done for updating the queued events, because the walk was
968          * already done during marking the CPU offline in the hierarchy.
969          *
970          * When the CPU is no longer idle, the CPU takes care of the timers and
971          * also of the timers in the hierarchy.
972          *
973          * (See also section "Required event and timerqueue update after a
974          * remote expiry" in the documentation at the top)
975          */
976         if (!tmc->online || !tmc->idle) {
977                 timer_unlock_remote_bases(cpu);
978                 goto unlock;
979         }
980
981         /* next event of CPU */
982         fetch_next_timer_interrupt_remote(jif, now, &tevt, cpu);
983         timer_unlock_remote_bases(cpu);
984
985         data.nextexp = tevt.global;
986         data.firstexp = KTIME_MAX;
987         data.evt = &tmc->cpuevt;
988         data.remote = true;
989
990         /*
991          * The update is done even when there is no 'new' global timer pending
992          * on the remote CPU (see section "Required event and timerqueue update
993          * after a remote expiry" in the documentation at the top)
994          */
995         walk_groups(&tmigr_new_timer_up, &data, tmc);
996
997 unlock:
998         tmc->remote = false;
999         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1000 }
1001
1002 static bool tmigr_handle_remote_up(struct tmigr_group *group,
1003                                    struct tmigr_group *child,
1004                                    struct tmigr_walk *data)
1005 {
1006         struct tmigr_event *evt;
1007         unsigned long jif;
1008         u8 childmask;
1009         u64 now;
1010
1011         jif = data->basej;
1012         now = data->now;
1013
1014         childmask = data->childmask;
1015
1016         trace_tmigr_handle_remote(group);
1017 again:
1018         /*
1019          * Handle the group only if @childmask is the migrator or if the
1020          * group has no migrator. Otherwise the group is active and is
1021          * handled by its own migrator.
1022          */
1023         if (!tmigr_check_migrator(group, childmask))
1024                 return true;
1025
1026         raw_spin_lock_irq(&group->lock);
1027
1028         evt = tmigr_next_expired_groupevt(group, now);
1029
1030         if (evt) {
1031                 unsigned int remote_cpu = evt->cpu;
1032
1033                 raw_spin_unlock_irq(&group->lock);
1034
1035                 tmigr_handle_remote_cpu(remote_cpu, now, jif);
1036
1037                 /* check if there is another event, that needs to be handled */
1038                 goto again;
1039         }
1040
1041         /*
1042          * Keep track of the expiry of the first event that needs to be handled
1043          * (group->next_expiry was updated by tmigr_next_expired_groupevt(),
1044          * next was set by tmigr_handle_remote_cpu()).
1045          */
1046         data->firstexp = group->next_expiry;
1047
1048         raw_spin_unlock_irq(&group->lock);
1049
1050         return false;
1051 }
1052
1053 /**
1054  * tmigr_handle_remote() - Handle global timers of remote idle CPUs
1055  *
1056  * Called from the timer soft interrupt with interrupts enabled.
1057  */
1058 void tmigr_handle_remote(void)
1059 {
1060         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1061         struct tmigr_walk data;
1062
1063         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1064                 return;
1065
1066         data.childmask = tmc->groupmask;
1067         data.firstexp = KTIME_MAX;
1068
1069         /*
1070          * NOTE: This is a doubled check because the migrator test will be done
1071          * in tmigr_handle_remote_up() anyway. Keep this check to speed up the
1072          * return when nothing has to be done.
1073          */
1074         if (!tmigr_check_migrator(tmc->tmgroup, tmc->groupmask)) {
1075                 /*
1076                  * If this CPU was an idle migrator, make sure to clear its wakeup
1077                  * value so it won't chase timers that have already expired elsewhere.
1078                  * This avoids endless requeue from tmigr_new_timer().
1079                  */
1080                 if (READ_ONCE(tmc->wakeup) == KTIME_MAX)
1081                         return;
1082         }
1083
1084         data.now = get_jiffies_update(&data.basej);
1085
1086         /*
1087          * Update @tmc->wakeup only at the end and do not reset @tmc->wakeup to
1088          * KTIME_MAX. Even if tmc->lock is not held during the whole remote
1089          * handling, tmc->wakeup is fine to be stale as it is called in
1090          * interrupt context and tick_nohz_next_event() is executed in interrupt
1091          * exit path only after processing the last pending interrupt.
1092          */
1093
1094         __walk_groups(&tmigr_handle_remote_up, &data, tmc);
1095
1096         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
1097         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, data.firstexp);
1098         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1099 }
1100
1101 static bool tmigr_requires_handle_remote_up(struct tmigr_group *group,
1102                                             struct tmigr_group *child,
1103                                             struct tmigr_walk *data)
1104 {
1105         u8 childmask;
1106
1107         childmask = data->childmask;
1108
1109         /*
1110          * Handle the group only if the child is the migrator or if the group
1111          * has no migrator. Otherwise the group is active and is handled by its
1112          * own migrator.
1113          */
1114         if (!tmigr_check_migrator(group, childmask))
1115                 return true;
1116
1117         /*
1118          * When there is a parent group and the CPU which triggered the
1119          * hierarchy walk is not active, proceed the walk to reach the top level
1120          * group before reading the next_expiry value.
1121          */
1122         if (group->parent && !data->tmc_active)
1123                 return false;
1124
1125         /*
1126          * The lock is required on 32bit architectures to read the variable
1127          * consistently with a concurrent writer. On 64bit the lock is not
1128          * required because the read operation is not split and so it is always
1129          * consistent.
1130          */
1131         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
1132                 data->firstexp = READ_ONCE(group->next_expiry);
1133                 if (data->now >= data->firstexp) {
1134                         data->check = true;
1135                         return true;
1136                 }
1137         } else {
1138                 raw_spin_lock(&group->lock);
1139                 data->firstexp = group->next_expiry;
1140                 if (data->now >= group->next_expiry) {
1141                         data->check = true;
1142                         raw_spin_unlock(&group->lock);
1143                         return true;
1144                 }
1145                 raw_spin_unlock(&group->lock);
1146         }
1147
1148         return false;
1149 }
1150
1151 /**
1152  * tmigr_requires_handle_remote() - Check the need of remote timer handling
1153  *
1154  * Must be called with interrupts disabled.
1155  */
1156 bool tmigr_requires_handle_remote(void)
1157 {
1158         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1159         struct tmigr_walk data;
1160         unsigned long jif;
1161         bool ret = false;
1162
1163         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1164                 return ret;
1165
1166         data.now = get_jiffies_update(&jif);
1167         data.childmask = tmc->groupmask;
1168         data.firstexp = KTIME_MAX;
1169         data.tmc_active = !tmc->idle;
1170         data.check = false;
1171
1172         /*
1173          * If the CPU is active, walk the hierarchy to check whether a remote
1174          * expiry is required.
1175          *
1176          * Check is done lockless as interrupts are disabled and @tmc->idle is
1177          * set only by the local CPU.
1178          */
1179         if (!tmc->idle) {
1180                 __walk_groups(&tmigr_requires_handle_remote_up, &data, tmc);
1181
1182                 return data.check;
1183         }
1184
1185         /*
1186          * When the CPU is idle, compare @tmc->wakeup with @data.now. The lock
1187          * is required on 32bit architectures to read the variable consistently
1188          * with a concurrent writer. On 64bit the lock is not required because
1189          * the read operation is not split and so it is always consistent.
1190          */
1191         if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
1192                 if (data.now >= READ_ONCE(tmc->wakeup))
1193                         return true;
1194         } else {
1195                 raw_spin_lock(&tmc->lock);
1196                 if (data.now >= tmc->wakeup)
1197                         ret = true;
1198                 raw_spin_unlock(&tmc->lock);
1199         }
1200
1201         return ret;
1202 }
1203
1204 /**
1205  * tmigr_cpu_new_timer() - enqueue next global timer into hierarchy (idle tmc)
1206  * @nextexp:    Next expiry of global timer (or KTIME_MAX if not)
1207  *
1208  * The CPU is already deactivated in the timer migration
1209  * hierarchy. tick_nohz_get_sleep_length() calls tick_nohz_next_event()
1210  * and thereby the timer idle path is executed once more. @tmc->wakeup
1211  * holds the first timer, when the timer migration hierarchy is
1212  * completely idle.
1213  *
1214  * Returns the first timer that needs to be handled by this CPU or KTIME_MAX if
1215  * nothing needs to be done.
1216  */
1217 u64 tmigr_cpu_new_timer(u64 nextexp)
1218 {
1219         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1220         u64 ret;
1221
1222         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1223                 return nextexp;
1224
1225         raw_spin_lock(&tmc->lock);
1226
1227         ret = READ_ONCE(tmc->wakeup);
1228         if (nextexp != KTIME_MAX) {
1229                 if (nextexp != tmc->cpuevt.nextevt.expires ||
1230                     tmc->cpuevt.ignore) {
1231                         ret = tmigr_new_timer(tmc, nextexp);
1232                         /*
1233                          * Make sure the reevaluation of timers in idle path
1234                          * will not miss an event.
1235                          */
1236                         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, ret);
1237                 }
1238         }
1239         trace_tmigr_cpu_new_timer_idle(tmc, nextexp);
1240         raw_spin_unlock(&tmc->lock);
1241         return ret;
1242 }
1243
1244 static bool tmigr_inactive_up(struct tmigr_group *group,
1245                               struct tmigr_group *child,
1246                               struct tmigr_walk *data)
1247 {
1248         union tmigr_state curstate, newstate, childstate;
1249         bool walk_done;
1250         u8 childmask;
1251
1252         childmask = data->childmask;
1253         childstate.state = 0;
1254
1255         /*
1256          * The memory barrier is paired with the cmpxchg() in tmigr_active_up()
1257          * to make sure the updates of child and group states are ordered. The
1258          * ordering is mandatory, as the group state change depends on the child
1259          * state.
1260          */
1261         curstate.state = atomic_read_acquire(&group->migr_state);
1262
1263         for (;;) {
1264                 if (child)
1265                         childstate.state = atomic_read(&child->migr_state);
1266
1267                 newstate = curstate;
1268                 walk_done = true;
1269
1270                 /* Reset active bit when the child is no longer active */
1271                 if (!childstate.active)
1272                         newstate.active &= ~childmask;
1273
1274                 if (newstate.migrator == childmask) {
1275                         /*
1276                          * Find a new migrator for the group, because the child
1277                          * group is idle!
1278                          */
1279                         if (!childstate.active) {
1280                                 unsigned long new_migr_bit, active = newstate.active;
1281
1282                                 new_migr_bit = find_first_bit(&active, BIT_CNT);
1283
1284                                 if (new_migr_bit != BIT_CNT) {
1285                                         newstate.migrator = BIT(new_migr_bit);
1286                                 } else {
1287                                         newstate.migrator = TMIGR_NONE;
1288
1289                                         /* Changes need to be propagated */
1290                                         walk_done = false;
1291                                 }
1292                         }
1293                 }
1294
1295                 newstate.seq++;
1296
1297                 WARN_ON_ONCE((newstate.migrator != TMIGR_NONE) && !(newstate.active));
1298
1299                 if (atomic_try_cmpxchg(&group->migr_state, &curstate.state, newstate.state)) {
1300                         trace_tmigr_group_set_cpu_inactive(group, newstate, childmask);
1301                         break;
1302                 }
1303
1304                 /*
1305                  * The memory barrier is paired with the cmpxchg() in
1306                  * tmigr_active_up() to make sure the updates of child and group
1307                  * states are ordered. It is required only when the above
1308                  * try_cmpxchg() fails.
1309                  */
1310                 smp_mb__after_atomic();
1311         }
1312
1313         data->remote = false;
1314
1315         /* Event Handling */
1316         tmigr_update_events(group, child, data);
1317
1318         return walk_done;
1319 }
1320
1321 static u64 __tmigr_cpu_deactivate(struct tmigr_cpu *tmc, u64 nextexp)
1322 {
1323         struct tmigr_walk data = { .nextexp = nextexp,
1324                                    .firstexp = KTIME_MAX,
1325                                    .evt = &tmc->cpuevt,
1326                                    .childmask = tmc->groupmask };
1327
1328         /*
1329          * If nextexp is KTIME_MAX, the CPU event will be ignored because the
1330          * local timer expires before the global timer, no global timer is set
1331          * or CPU goes offline.
1332          */
1333         if (nextexp != KTIME_MAX)
1334                 tmc->cpuevt.ignore = false;
1335
1336         walk_groups(&tmigr_inactive_up, &data, tmc);
1337         return data.firstexp;
1338 }
1339
1340 /**
1341  * tmigr_cpu_deactivate() - Put current CPU into inactive state
1342  * @nextexp:    The next global timer expiry of the current CPU
1343  *
1344  * Must be called with interrupts disabled.
1345  *
1346  * Return: the next event expiry of the current CPU or the next event expiry
1347  * from the hierarchy if this CPU is the top level migrator or the hierarchy is
1348  * completely idle.
1349  */
1350 u64 tmigr_cpu_deactivate(u64 nextexp)
1351 {
1352         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1353         u64 ret;
1354
1355         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1356                 return nextexp;
1357
1358         raw_spin_lock(&tmc->lock);
1359
1360         ret = __tmigr_cpu_deactivate(tmc, nextexp);
1361
1362         tmc->idle = true;
1363
1364         /*
1365          * Make sure the reevaluation of timers in idle path will not miss an
1366          * event.
1367          */
1368         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, ret);
1369
1370         trace_tmigr_cpu_idle(tmc, nextexp);
1371         raw_spin_unlock(&tmc->lock);
1372         return ret;
1373 }
1374
1375 /**
1376  * tmigr_quick_check() - Quick forecast of next tmigr event when CPU wants to
1377  *                       go idle
1378  * @nextevt:    The next global timer expiry of the current CPU
1379  *
1380  * Return:
1381  * * KTIME_MAX          - when it is probable that nothing has to be done (not
1382  *                        the only one in the level 0 group; and if it is the
1383  *                        only one in level 0 group, but there are more than a
1384  *                        single group active on the way to top level)
1385  * * nextevt            - when CPU is offline and has to handle timer on its own
1386  *                        or when on the way to top in every group only a single
1387  *                        child is active but @nextevt is before the lowest
1388  *                        next_expiry encountered while walking up to top level.
1389  * * next_expiry        - value of lowest expiry encountered while walking groups
1390  *                        if only a single child is active on each and @nextevt
1391  *                        is after this lowest expiry.
1392  */
1393 u64 tmigr_quick_check(u64 nextevt)
1394 {
1395         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1396         struct tmigr_group *group = tmc->tmgroup;
1397
1398         if (tmigr_is_not_available(tmc))
1399                 return nextevt;
1400
1401         if (WARN_ON_ONCE(tmc->idle))
1402                 return nextevt;
1403
1404         if (!tmigr_check_migrator_and_lonely(tmc->tmgroup, tmc->groupmask))
1405                 return KTIME_MAX;
1406
1407         do {
1408                 if (!tmigr_check_lonely(group)) {
1409                         return KTIME_MAX;
1410                 } else {
1411                         /*
1412                          * Since current CPU is active, events may not be sorted
1413                          * from bottom to the top because the CPU's event is ignored
1414                          * up to the top and its sibling's events not propagated upwards.
1415                          * Thus keep track of the lowest observed expiry.
1416                          */
1417                         nextevt = min_t(u64, nextevt, READ_ONCE(group->next_expiry));
1418                         if (!group->parent)
1419                                 return nextevt;
1420                 }
1421                 group = group->parent;
1422         } while (group);
1423
1424         return KTIME_MAX;
1425 }
1426
1427 /*
1428  * tmigr_trigger_active() - trigger a CPU to become active again
1429  *
1430  * This function is executed on a CPU which is part of cpu_online_mask, when the
1431  * last active CPU in the hierarchy is offlining. With this, it is ensured that
1432  * the other CPU is active and takes over the migrator duty.
1433  */
1434 static long tmigr_trigger_active(void *unused)
1435 {
1436         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1437
1438         WARN_ON_ONCE(!tmc->online || tmc->idle);
1439
1440         return 0;
1441 }
1442
1443 static int tmigr_cpu_offline(unsigned int cpu)
1444 {
1445         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1446         int migrator;
1447         u64 firstexp;
1448
1449         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
1450         tmc->online = false;
1451         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
1452
1453         /*
1454          * CPU has to handle the local events on his own, when on the way to
1455          * offline; Therefore nextevt value is set to KTIME_MAX
1456          */
1457         firstexp = __tmigr_cpu_deactivate(tmc, KTIME_MAX);
1458         trace_tmigr_cpu_offline(tmc);
1459         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1460
1461         if (firstexp != KTIME_MAX) {
1462                 migrator = cpumask_any_but(cpu_online_mask, cpu);
1463                 work_on_cpu(migrator, tmigr_trigger_active, NULL);
1464         }
1465
1466         return 0;
1467 }
1468
1469 static int tmigr_cpu_online(unsigned int cpu)
1470 {
1471         struct tmigr_cpu *tmc = this_cpu_ptr(&tmigr_cpu);
1472
1473         /* Check whether CPU data was successfully initialized */
1474         if (WARN_ON_ONCE(!tmc->tmgroup))
1475                 return -EINVAL;
1476
1477         raw_spin_lock_irq(&tmc->lock);
1478         trace_tmigr_cpu_online(tmc);
1479         tmc->idle = timer_base_is_idle();
1480         if (!tmc->idle)
1481                 __tmigr_cpu_activate(tmc);
1482         tmc->online = true;
1483         raw_spin_unlock_irq(&tmc->lock);
1484         return 0;
1485 }
1486
1487 static void tmigr_init_group(struct tmigr_group *group, unsigned int lvl,
1488                              int node)
1489 {
1490         union tmigr_state s;
1491
1492         raw_spin_lock_init(&group->lock);
1493
1494         group->level = lvl;
1495         group->numa_node = lvl < tmigr_crossnode_level ? node : NUMA_NO_NODE;
1496
1497         group->num_children = 0;
1498
1499         s.migrator = TMIGR_NONE;
1500         s.active = 0;
1501         s.seq = 0;
1502         atomic_set(&group->migr_state, s.state);
1503
1504         /*
1505          * If this is a new top-level, prepare its groupmask in advance.
1506          * This avoids accidents where yet another new top-level is
1507          * created in the future and made visible before the current groupmask.
1508          */
1509         if (list_empty(&tmigr_level_list[lvl])) {
1510                 group->groupmask = BIT(0);
1511                 /*
1512                  * The previous top level has prepared its groupmask already,
1513                  * simply account it as the first child.
1514                  */
1515                 if (lvl > 0)
1516                         group->num_children = 1;
1517         }
1518
1519         timerqueue_init_head(&group->events);
1520         timerqueue_init(&group->groupevt.nextevt);
1521         group->groupevt.nextevt.expires = KTIME_MAX;
1522         WRITE_ONCE(group->next_expiry, KTIME_MAX);
1523         group->groupevt.ignore = true;
1524 }
1525
1526 static struct tmigr_group *tmigr_get_group(unsigned int cpu, int node,
1527                                            unsigned int lvl)
1528 {
1529         struct tmigr_group *tmp, *group = NULL;
1530
1531         lockdep_assert_held(&tmigr_mutex);
1532
1533         /* Try to attach to an existing group first */
1534         list_for_each_entry(tmp, &tmigr_level_list[lvl], list) {
1535                 /*
1536                  * If @lvl is below the cross NUMA node level, check whether
1537                  * this group belongs to the same NUMA node.
1538                  */
1539                 if (lvl < tmigr_crossnode_level && tmp->numa_node != node)
1540                         continue;
1541
1542                 /* Capacity left? */
1543                 if (tmp->num_children >= TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP)
1544                         continue;
1545
1546                 /*
1547                  * TODO: A possible further improvement: Make sure that all CPU
1548                  * siblings end up in the same group of the lowest level of the
1549                  * hierarchy. Rely on the topology sibling mask would be a
1550                  * reasonable solution.
1551                  */
1552
1553                 group = tmp;
1554                 break;
1555         }
1556
1557         if (group)
1558                 return group;
1559
1560         /* Allocate and set up a new group */
1561         group = kzalloc_node(sizeof(*group), GFP_KERNEL, node);
1562         if (!group)
1563                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1564
1565         tmigr_init_group(group, lvl, node);
1566
1567         /* Setup successful. Add it to the hierarchy */
1568         list_add(&group->list, &tmigr_level_list[lvl]);
1569         trace_tmigr_group_set(group);
1570         return group;
1571 }
1572
1573 static void tmigr_connect_child_parent(struct tmigr_group *child,
1574                                        struct tmigr_group *parent,
1575                                        bool activate)
1576 {
1577         struct tmigr_walk data;
1578
1579         raw_spin_lock_irq(&child->lock);
1580         raw_spin_lock_nested(&parent->lock, SINGLE_DEPTH_NESTING);
1581
1582         if (activate) {
1583                 /*
1584                  * @child is the old top and @parent the new one. In this
1585                  * case groupmask is pre-initialized and @child already
1586                  * accounted, along with its new sibling corresponding to the
1587                  * CPU going up.
1588                  */
1589                 WARN_ON_ONCE(child->groupmask != BIT(0) || parent->num_children != 2);
1590         } else {
1591                 /* Adding @child for the CPU going up to @parent. */
1592                 child->groupmask = BIT(parent->num_children++);
1593         }
1594
1595         /*
1596          * Make sure parent initialization is visible before publishing it to a
1597          * racing CPU entering/exiting idle. This RELEASE barrier enforces an
1598          * address dependency that pairs with the READ_ONCE() in __walk_groups().
1599          */
1600         smp_store_release(&child->parent, parent);
1601
1602         raw_spin_unlock(&parent->lock);
1603         raw_spin_unlock_irq(&child->lock);
1604
1605         trace_tmigr_connect_child_parent(child);
1606
1607         if (!activate)
1608                 return;
1609
1610         /*
1611          * To prevent inconsistent states, active children need to be active in
1612          * the new parent as well. Inactive children are already marked inactive
1613          * in the parent group:
1614          *
1615          * * When new groups were created by tmigr_setup_groups() starting from
1616          *   the lowest level (and not higher then one level below the current
1617          *   top level), then they are not active. They will be set active when
1618          *   the new online CPU comes active.
1619          *
1620          * * But if a new group above the current top level is required, it is
1621          *   mandatory to propagate the active state of the already existing
1622          *   child to the new parent. So tmigr_connect_child_parent() is
1623          *   executed with the formerly top level group (child) and the newly
1624          *   created group (parent).
1625          *
1626          * * It is ensured that the child is active, as this setup path is
1627          *   executed in hotplug prepare callback. This is exectued by an
1628          *   already connected and !idle CPU. Even if all other CPUs go idle,
1629          *   the CPU executing the setup will be responsible up to current top
1630          *   level group. And the next time it goes inactive, it will release
1631          *   the new childmask and parent to subsequent walkers through this
1632          *   @child. Therefore propagate active state unconditionally.
1633          */
1634         data.childmask = child->groupmask;
1635
1636         /*
1637          * There is only one new level per time (which is protected by
1638          * tmigr_mutex). When connecting the child and the parent and set the
1639          * child active when the parent is inactive, the parent needs to be the
1640          * uppermost level. Otherwise there went something wrong!
1641          */
1642         WARN_ON(!tmigr_active_up(parent, child, &data) && parent->parent);
1643 }
1644
1645 static int tmigr_setup_groups(unsigned int cpu, unsigned int node)
1646 {
1647         struct tmigr_group *group, *child, **stack;
1648         int top = 0, err = 0, i = 0;
1649         struct list_head *lvllist;
1650
1651         stack = kcalloc(tmigr_hierarchy_levels, sizeof(*stack), GFP_KERNEL);
1652         if (!stack)
1653                 return -ENOMEM;
1654
1655         do {
1656                 group = tmigr_get_group(cpu, node, i);
1657                 if (IS_ERR(group)) {
1658                         err = PTR_ERR(group);
1659                         break;
1660                 }
1661
1662                 top = i;
1663                 stack[i++] = group;
1664
1665                 /*
1666                  * When booting only less CPUs of a system than CPUs are
1667                  * available, not all calculated hierarchy levels are required.
1668                  *
1669                  * The loop is aborted as soon as the highest level, which might
1670                  * be different from tmigr_hierarchy_levels, contains only a
1671                  * single group.
1672                  */
1673                 if (group->parent || list_is_singular(&tmigr_level_list[i - 1]))
1674                         break;
1675
1676         } while (i < tmigr_hierarchy_levels);
1677
1678         /* Assert single root */
1679         WARN_ON_ONCE(!err && !group->parent && !list_is_singular(&tmigr_level_list[top]));
1680
1681         while (i > 0) {
1682                 group = stack[--i];
1683
1684                 if (err < 0) {
1685                         list_del(&group->list);
1686                         kfree(group);
1687                         continue;
1688                 }
1689
1690                 WARN_ON_ONCE(i != group->level);
1691
1692                 /*
1693                  * Update tmc -> group / child -> group connection
1694                  */
1695                 if (i == 0) {
1696                         struct tmigr_cpu *tmc = per_cpu_ptr(&tmigr_cpu, cpu);
1697
1698                         raw_spin_lock_irq(&group->lock);
1699
1700                         tmc->tmgroup = group;
1701                         tmc->groupmask = BIT(group->num_children++);
1702
1703                         raw_spin_unlock_irq(&group->lock);
1704
1705                         trace_tmigr_connect_cpu_parent(tmc);
1706
1707                         /* There are no children that need to be connected */
1708                         continue;
1709                 } else {
1710                         child = stack[i - 1];
1711                         /* Will be activated at online time */
1712                         tmigr_connect_child_parent(child, group, false);
1713                 }
1714
1715                 /* check if uppermost level was newly created */
1716                 if (top != i)
1717                         continue;
1718
1719                 WARN_ON_ONCE(top == 0);
1720
1721                 lvllist = &tmigr_level_list[top];
1722
1723                 /*
1724                  * Newly created root level should have accounted the upcoming
1725                  * CPU's child group and pre-accounted the old root.
1726                  */
1727                 if (group->num_children == 2 && list_is_singular(lvllist)) {
1728                         /*
1729                          * The target CPU must never do the prepare work, except
1730                          * on early boot when the boot CPU is the target. Otherwise
1731                          * it may spuriously activate the old top level group inside
1732                          * the new one (nevertheless whether old top level group is
1733                          * active or not) and/or release an uninitialized childmask.
1734                          */
1735                         WARN_ON_ONCE(cpu == raw_smp_processor_id());
1736
1737                         lvllist = &tmigr_level_list[top - 1];
1738                         list_for_each_entry(child, lvllist, list) {
1739                                 if (child->parent)
1740                                         continue;
1741
1742                                 tmigr_connect_child_parent(child, group, true);
1743                         }
1744                 }
1745         }
1746
1747         kfree(stack);
1748
1749         return err;
1750 }
1751
1752 static int tmigr_add_cpu(unsigned int cpu)
1753 {
1754         int node = cpu_to_node(cpu);
1755         int ret;
1756
1757         mutex_lock(&tmigr_mutex);
1758         ret = tmigr_setup_groups(cpu, node);
1759         mutex_unlock(&tmigr_mutex);
1760
1761         return ret;
1762 }
1763
1764 static int tmigr_cpu_prepare(unsigned int cpu)
1765 {
1766         struct tmigr_cpu *tmc = per_cpu_ptr(&tmigr_cpu, cpu);
1767         int ret = 0;
1768
1769         /* Not first online attempt? */
1770         if (tmc->tmgroup)
1771                 return ret;
1772
1773         raw_spin_lock_init(&tmc->lock);
1774         timerqueue_init(&tmc->cpuevt.nextevt);
1775         tmc->cpuevt.nextevt.expires = KTIME_MAX;
1776         tmc->cpuevt.ignore = true;
1777         tmc->cpuevt.cpu = cpu;
1778         tmc->remote = false;
1779         WRITE_ONCE(tmc->wakeup, KTIME_MAX);
1780
1781         ret = tmigr_add_cpu(cpu);
1782         if (ret < 0)
1783                 return ret;
1784
1785         if (tmc->groupmask == 0)
1786                 return -EINVAL;
1787
1788         return ret;
1789 }
1790
1791 static int __init tmigr_init(void)
1792 {
1793         unsigned int cpulvl, nodelvl, cpus_per_node, i;
1794         unsigned int nnodes = num_possible_nodes();
1795         unsigned int ncpus = num_possible_cpus();
1796         int ret = -ENOMEM;
1797
1798         BUILD_BUG_ON_NOT_POWER_OF_2(TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP);
1799
1800         /* Nothing to do if running on UP */
1801         if (ncpus == 1)
1802                 return 0;
1803
1804         /*
1805          * Calculate the required hierarchy levels. Unfortunately there is no
1806          * reliable information available, unless all possible CPUs have been
1807          * brought up and all NUMA nodes are populated.
1808          *
1809          * Estimate the number of levels with the number of possible nodes and
1810          * the number of possible CPUs. Assume CPUs are spread evenly across
1811          * nodes. We cannot rely on cpumask_of_node() because it only works for
1812          * online CPUs.
1813          */
1814         cpus_per_node = DIV_ROUND_UP(ncpus, nnodes);
1815
1816         /* Calc the hierarchy levels required to hold the CPUs of a node */
1817         cpulvl = DIV_ROUND_UP(order_base_2(cpus_per_node),
1818                               ilog2(TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP));
1819
1820         /* Calculate the extra levels to connect all nodes */
1821         nodelvl = DIV_ROUND_UP(order_base_2(nnodes),
1822                                ilog2(TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP));
1823
1824         tmigr_hierarchy_levels = cpulvl + nodelvl;
1825
1826         /*
1827          * If a NUMA node spawns more than one CPU level group then the next
1828          * level(s) of the hierarchy contains groups which handle all CPU groups
1829          * of the same NUMA node. The level above goes across NUMA nodes. Store
1830          * this information for the setup code to decide in which level node
1831          * matching is no longer required.
1832          */
1833         tmigr_crossnode_level = cpulvl;
1834
1835         tmigr_level_list = kcalloc(tmigr_hierarchy_levels, sizeof(struct list_head), GFP_KERNEL);
1836         if (!tmigr_level_list)
1837                 goto err;
1838
1839         for (i = 0; i < tmigr_hierarchy_levels; i++)
1840                 INIT_LIST_HEAD(&tmigr_level_list[i]);
1841
1842         pr_info("Timer migration: %d hierarchy levels; %d children per group;"
1843                 " %d crossnode level\n",
1844                 tmigr_hierarchy_levels, TMIGR_CHILDREN_PER_GROUP,
1845                 tmigr_crossnode_level);
1846
1847         ret = cpuhp_setup_state(CPUHP_TMIGR_PREPARE, "tmigr:prepare",
1848                                 tmigr_cpu_prepare, NULL);
1849         if (ret)
1850                 goto err;
1851
1852         ret = cpuhp_setup_state(CPUHP_AP_TMIGR_ONLINE, "tmigr:online",
1853                                 tmigr_cpu_online, tmigr_cpu_offline);
1854         if (ret)
1855                 goto err;
1856
1857         return 0;
1858
1859 err:
1860         pr_err("Timer migration setup failed\n");
1861         return ret;
1862 }
1863 early_initcall(tmigr_init);
This page took 0.136733 seconds and 4 git commands to generate.