Merge remote-tracking branch 'asoc/topic/wm8962' into asoc-next
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / Documentation / cpu-hotplug.txt
1                 CPU hotplug Support in Linux(tm) Kernel
2
3                 Maintainers:
4                 CPU Hotplug Core:
5                         Rusty Russell <rusty@rustcorp.com.au>
6                         Srivatsa Vaddagiri <vatsa@in.ibm.com>
7                 i386:
8                         Zwane Mwaikambo <zwane@arm.linux.org.uk>
9                 ppc64:
10                         Nathan Lynch <nathanl@austin.ibm.com>
11                         Joel Schopp <jschopp@austin.ibm.com>
12                 ia64/x86_64:
13                         Ashok Raj <ashok.raj@intel.com>
14                 s390:
15                         Heiko Carstens <heiko.carstens@de.ibm.com>
16
17 Authors: Ashok Raj <ashok.raj@intel.com>
18 Lots of feedback: Nathan Lynch <nathanl@austin.ibm.com>,
19              Joel Schopp <jschopp@austin.ibm.com>
20
21 Introduction
22
23 Modern advances in system architectures have introduced advanced error
24 reporting and correction capabilities in processors. CPU architectures permit
25 partitioning support, where compute resources of a single CPU could be made
26 available to virtual machine environments. There are couple OEMS that
27 support NUMA hardware which are hot pluggable as well, where physical
28 node insertion and removal require support for CPU hotplug.
29
30 Such advances require CPUs available to a kernel to be removed either for
31 provisioning reasons, or for RAS purposes to keep an offending CPU off
32 system execution path. Hence the need for CPU hotplug support in the
33 Linux kernel.
34
35 A more novel use of CPU-hotplug support is its use today in suspend
36 resume support for SMP. Dual-core and HT support makes even
37 a laptop run SMP kernels which didn't support these methods. SMP support
38 for suspend/resume is a work in progress.
39
40 General Stuff about CPU Hotplug
41 --------------------------------
42
43 Command Line Switches
44 ---------------------
45 maxcpus=n    Restrict boot time cpus to n. Say if you have 4 cpus, using
46              maxcpus=2 will only boot 2. You can choose to bring the
47              other cpus later online, read FAQ's for more info.
48
49 additional_cpus=n (*)   Use this to limit hotpluggable cpus. This option sets
50                         cpu_possible_mask = cpu_present_mask + additional_cpus
51
52 cede_offline={"off","on"}  Use this option to disable/enable putting offlined
53                             processors to an extended H_CEDE state on
54                             supported pseries platforms.
55                             If nothing is specified,
56                             cede_offline is set to "on".
57
58 (*) Option valid only for following architectures
59 - ia64
60
61 ia64 uses the number of disabled local apics in ACPI tables MADT to
62 determine the number of potentially hot-pluggable cpus. The implementation
63 should only rely on this to count the # of cpus, but *MUST* not rely
64 on the apicid values in those tables for disabled apics. In the event
65 BIOS doesn't mark such hot-pluggable cpus as disabled entries, one could
66 use this parameter "additional_cpus=x" to represent those cpus in the
67 cpu_possible_mask.
68
69 possible_cpus=n         [s390,x86_64] use this to set hotpluggable cpus.
70                         This option sets possible_cpus bits in
71                         cpu_possible_mask. Thus keeping the numbers of bits set
72                         constant even if the machine gets rebooted.
73
74 CPU maps and such
75 -----------------
76 [More on cpumaps and primitive to manipulate, please check
77 include/linux/cpumask.h that has more descriptive text.]
78
79 cpu_possible_mask: Bitmap of possible CPUs that can ever be available in the
80 system. This is used to allocate some boot time memory for per_cpu variables
81 that aren't designed to grow/shrink as CPUs are made available or removed.
82 Once set during boot time discovery phase, the map is static, i.e no bits
83 are added or removed anytime.  Trimming it accurately for your system needs
84 upfront can save some boot time memory. See below for how we use heuristics
85 in x86_64 case to keep this under check.
86
87 cpu_online_mask: Bitmap of all CPUs currently online. Its set in __cpu_up()
88 after a cpu is available for kernel scheduling and ready to receive
89 interrupts from devices. Its cleared when a cpu is brought down using
90 __cpu_disable(), before which all OS services including interrupts are
91 migrated to another target CPU.
92
93 cpu_present_mask: Bitmap of CPUs currently present in the system. Not all
94 of them may be online. When physical hotplug is processed by the relevant
95 subsystem (e.g ACPI) can change and new bit either be added or removed
96 from the map depending on the event is hot-add/hot-remove. There are currently
97 no locking rules as of now. Typical usage is to init topology during boot,
98 at which time hotplug is disabled.
99
100 You really dont need to manipulate any of the system cpu maps. They should
101 be read-only for most use. When setting up per-cpu resources almost always use
102 cpu_possible_mask/for_each_possible_cpu() to iterate.
103
104 Never use anything other than cpumask_t to represent bitmap of CPUs.
105
106         #include <linux/cpumask.h>
107
108         for_each_possible_cpu     - Iterate over cpu_possible_mask
109         for_each_online_cpu       - Iterate over cpu_online_mask
110         for_each_present_cpu      - Iterate over cpu_present_mask
111         for_each_cpu_mask(x,mask) - Iterate over some random collection of cpu mask.
112
113         #include <linux/cpu.h>
114         get_online_cpus() and put_online_cpus():
115
116 The above calls are used to inhibit cpu hotplug operations. While the
117 cpu_hotplug.refcount is non zero, the cpu_online_mask will not change.
118 If you merely need to avoid cpus going away, you could also use
119 preempt_disable() and preempt_enable() for those sections.
120 Just remember the critical section cannot call any
121 function that can sleep or schedule this process away. The preempt_disable()
122 will work as long as stop_machine_run() is used to take a cpu down.
123
124 CPU Hotplug - Frequently Asked Questions.
125
126 Q: How to enable my kernel to support CPU hotplug?
127 A: When doing make defconfig, Enable CPU hotplug support
128
129    "Processor type and Features" -> Support for Hotpluggable CPUs
130
131 Make sure that you have CONFIG_SMP turned on as well.
132
133 You would need to enable CONFIG_HOTPLUG_CPU for SMP suspend/resume support
134 as well.
135
136 Q: What architectures support CPU hotplug?
137 A: As of 2.6.14, the following architectures support CPU hotplug.
138
139 i386 (Intel), ppc, ppc64, parisc, s390, ia64 and x86_64
140
141 Q: How to test if hotplug is supported on the newly built kernel?
142 A: You should now notice an entry in sysfs.
143
144 Check if sysfs is mounted, using the "mount" command. You should notice
145 an entry as shown below in the output.
146
147         ....
148         none on /sys type sysfs (rw)
149         ....
150
151 If this is not mounted, do the following.
152
153          #mkdir /sysfs
154         #mount -t sysfs sys /sys
155
156 Now you should see entries for all present cpu, the following is an example
157 in a 8-way system.
158
159         #pwd
160         #/sys/devices/system/cpu
161         #ls -l
162         total 0
163         drwxr-xr-x  10 root root 0 Sep 19 07:44 .
164         drwxr-xr-x  13 root root 0 Sep 19 07:45 ..
165         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu0
166         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu1
167         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu2
168         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu3
169         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu4
170         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu5
171         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu6
172         drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:48 cpu7
173
174 Under each directory you would find an "online" file which is the control
175 file to logically online/offline a processor.
176
177 Q: Does hot-add/hot-remove refer to physical add/remove of cpus?
178 A: The usage of hot-add/remove may not be very consistently used in the code.
179 CONFIG_HOTPLUG_CPU enables logical online/offline capability in the kernel.
180 To support physical addition/removal, one would need some BIOS hooks and
181 the platform should have something like an attention button in PCI hotplug.
182 CONFIG_ACPI_HOTPLUG_CPU enables ACPI support for physical add/remove of CPUs.
183
184 Q: How do i logically offline a CPU?
185 A: Do the following.
186
187         #echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpuX/online
188
189 Once the logical offline is successful, check
190
191         #cat /proc/interrupts
192
193 You should now not see the CPU that you removed. Also online file will report
194 the state as 0 when a cpu if offline and 1 when its online.
195
196         #To display the current cpu state.
197         #cat /sys/devices/system/cpu/cpuX/online
198
199 Q: Why can't i remove CPU0 on some systems?
200 A: Some architectures may have some special dependency on a certain CPU.
201
202 For e.g in IA64 platforms we have ability to sent platform interrupts to the
203 OS. a.k.a Corrected Platform Error Interrupts (CPEI). In current ACPI
204 specifications, we didn't have a way to change the target CPU. Hence if the
205 current ACPI version doesn't support such re-direction, we disable that CPU
206 by making it not-removable.
207
208 In such cases you will also notice that the online file is missing under cpu0.
209
210 Q: Is CPU0 removable on X86?
211 A: Yes. If kernel is compiled with CONFIG_BOOTPARAM_HOTPLUG_CPU0=y, CPU0 is
212 removable by default. Otherwise, CPU0 is also removable by kernel option
213 cpu0_hotplug.
214
215 But some features depend on CPU0. Two known dependencies are:
216
217 1. Resume from hibernate/suspend depends on CPU0. Hibernate/suspend will fail if
218 CPU0 is offline and you need to online CPU0 before hibernate/suspend can
219 continue.
220 2. PIC interrupts also depend on CPU0. CPU0 can't be removed if a PIC interrupt
221 is detected.
222
223 It's said poweroff/reboot may depend on CPU0 on some machines although I haven't
224 seen any poweroff/reboot failure so far after CPU0 is offline on a few tested
225 machines.
226
227 Please let me know if you know or see any other dependencies of CPU0.
228
229 If the dependencies are under your control, you can turn on CPU0 hotplug feature
230 either by CONFIG_BOOTPARAM_HOTPLUG_CPU0 or by kernel parameter cpu0_hotplug.
231
232 --Fenghua Yu <fenghua.yu@intel.com>
233
234 Q: How do i find out if a particular CPU is not removable?
235 A: Depending on the implementation, some architectures may show this by the
236 absence of the "online" file. This is done if it can be determined ahead of
237 time that this CPU cannot be removed.
238
239 In some situations, this can be a run time check, i.e if you try to remove the
240 last CPU, this will not be permitted. You can find such failures by
241 investigating the return value of the "echo" command.
242
243 Q: What happens when a CPU is being logically offlined?
244 A: The following happen, listed in no particular order :-)
245
246 - A notification is sent to in-kernel registered modules by sending an event
247   CPU_DOWN_PREPARE or CPU_DOWN_PREPARE_FROZEN, depending on whether or not the
248   CPU is being offlined while tasks are frozen due to a suspend operation in
249   progress
250 - All processes are migrated away from this outgoing CPU to new CPUs.
251   The new CPU is chosen from each process' current cpuset, which may be
252   a subset of all online CPUs.
253 - All interrupts targeted to this CPU is migrated to a new CPU
254 - timers/bottom half/task lets are also migrated to a new CPU
255 - Once all services are migrated, kernel calls an arch specific routine
256   __cpu_disable() to perform arch specific cleanup.
257 - Once this is successful, an event for successful cleanup is sent by an event
258   CPU_DEAD (or CPU_DEAD_FROZEN if tasks are frozen due to a suspend while the
259   CPU is being offlined).
260
261   "It is expected that each service cleans up when the CPU_DOWN_PREPARE
262   notifier is called, when CPU_DEAD is called its expected there is nothing
263   running on behalf of this CPU that was offlined"
264
265 Q: If i have some kernel code that needs to be aware of CPU arrival and
266    departure, how to i arrange for proper notification?
267 A: This is what you would need in your kernel code to receive notifications.
268
269         #include <linux/cpu.h>
270         static int foobar_cpu_callback(struct notifier_block *nfb,
271                                        unsigned long action, void *hcpu)
272         {
273                 unsigned int cpu = (unsigned long)hcpu;
274
275                 switch (action) {
276                 case CPU_ONLINE:
277                 case CPU_ONLINE_FROZEN:
278                         foobar_online_action(cpu);
279                         break;
280                 case CPU_DEAD:
281                 case CPU_DEAD_FROZEN:
282                         foobar_dead_action(cpu);
283                         break;
284                 }
285                 return NOTIFY_OK;
286         }
287
288         static struct notifier_block foobar_cpu_notifer =
289         {
290            .notifier_call = foobar_cpu_callback,
291         };
292
293 You need to call register_cpu_notifier() from your init function.
294 Init functions could be of two types:
295 1. early init (init function called when only the boot processor is online).
296 2. late init (init function called _after_ all the CPUs are online).
297
298 For the first case, you should add the following to your init function
299
300         register_cpu_notifier(&foobar_cpu_notifier);
301
302 For the second case, you should add the following to your init function
303
304         register_hotcpu_notifier(&foobar_cpu_notifier);
305
306 You can fail PREPARE notifiers if something doesn't work to prepare resources.
307 This will stop the activity and send a following CANCELED event back.
308
309 CPU_DEAD should not be failed, its just a goodness indication, but bad
310 things will happen if a notifier in path sent a BAD notify code.
311
312 Q: I don't see my action being called for all CPUs already up and running?
313 A: Yes, CPU notifiers are called only when new CPUs are on-lined or offlined.
314    If you need to perform some action for each cpu already in the system, then
315
316         for_each_online_cpu(i) {
317                 foobar_cpu_callback(&foobar_cpu_notifier, CPU_UP_PREPARE, i);
318                 foobar_cpu_callback(&foobar_cpu_notifier, CPU_ONLINE, i);
319         }
320
321 Q: If i would like to develop cpu hotplug support for a new architecture,
322    what do i need at a minimum?
323 A: The following are what is required for CPU hotplug infrastructure to work
324    correctly.
325
326     - Make sure you have an entry in Kconfig to enable CONFIG_HOTPLUG_CPU
327     - __cpu_up()        - Arch interface to bring up a CPU
328     - __cpu_disable()   - Arch interface to shutdown a CPU, no more interrupts
329                           can be handled by the kernel after the routine
330                           returns. Including local APIC timers etc are
331                           shutdown.
332      - __cpu_die()      - This actually supposed to ensure death of the CPU.
333                           Actually look at some example code in other arch
334                           that implement CPU hotplug. The processor is taken
335                           down from the idle() loop for that specific
336                           architecture. __cpu_die() typically waits for some
337                           per_cpu state to be set, to ensure the processor
338                           dead routine is called to be sure positively.
339
340 Q: I need to ensure that a particular cpu is not removed when there is some
341    work specific to this cpu is in progress.
342 A: There are two ways.  If your code can be run in interrupt context, use
343    smp_call_function_single(), otherwise use work_on_cpu().  Note that
344    work_on_cpu() is slow, and can fail due to out of memory:
345
346         int my_func_on_cpu(int cpu)
347         {
348                 int err;
349                 get_online_cpus();
350                 if (!cpu_online(cpu))
351                         err = -EINVAL;
352                 else
353 #if NEEDS_BLOCKING
354                         err = work_on_cpu(cpu, __my_func_on_cpu, NULL);
355 #else
356                         smp_call_function_single(cpu, __my_func_on_cpu, &err,
357                                                  true);
358 #endif
359                 put_online_cpus();
360                 return err;
361         }
362
363 Q: How do we determine how many CPUs are available for hotplug.
364 A: There is no clear spec defined way from ACPI that can give us that
365    information today. Based on some input from Natalie of Unisys,
366    that the ACPI MADT (Multiple APIC Description Tables) marks those possible
367    CPUs in a system with disabled status.
368
369    Andi implemented some simple heuristics that count the number of disabled
370    CPUs in MADT as hotpluggable CPUS.  In the case there are no disabled CPUS
371    we assume 1/2 the number of CPUs currently present can be hotplugged.
372
373    Caveat: ACPI MADT can only provide 256 entries in systems with only ACPI 2.0c
374    or earlier ACPI version supported, because the apicid field in MADT is only
375    8 bits. From ACPI 3.0, this limitation was removed since the apicid field
376    was extended to 32 bits with x2APIC introduced.
377
378 User Space Notification
379
380 Hotplug support for devices is common in Linux today. Its being used today to
381 support automatic configuration of network, usb and pci devices. A hotplug
382 event can be used to invoke an agent script to perform the configuration task.
383
384 You can add /etc/hotplug/cpu.agent to handle hotplug notification user space
385 scripts.
386
387         #!/bin/bash
388         # $Id: cpu.agent
389         # Kernel hotplug params include:
390         #ACTION=%s [online or offline]
391         #DEVPATH=%s
392         #
393         cd /etc/hotplug
394         . ./hotplug.functions
395
396         case $ACTION in
397                 online)
398                         echo `date` ":cpu.agent" add cpu >> /tmp/hotplug.txt
399                         ;;
400                 offline)
401                         echo `date` ":cpu.agent" remove cpu >>/tmp/hotplug.txt
402                         ;;
403                 *)
404                         debug_mesg CPU $ACTION event not supported
405         exit 1
406         ;;
407         esac