include/linux/hrtimer.h

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  *  hrtimers - High-resolution kernel timers
   4  *
   5  *   Copyright(C) 2005, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
   6  *   Copyright(C) 2005, Red Hat, Inc., Ingo Molnar
   7  *
   8  *  data type definitions, declarations, prototypes
   9  *
  10  *  Started by: Thomas Gleixner and Ingo Molnar
  11  */
  12 #ifndef _LINUX_HRTIMER_H
  13 #define _LINUX_HRTIMER_H
  14
  15 #include <linux/hrtimer_defs.h>
  16 #include <linux/rbtree.h>
  17 #include <linux/init.h>
  18 #include <linux/list.h>
  19 #include <linux/percpu.h>
  20 #include <linux/seqlock.h>
  21 #include <linux/timer.h>
  22 #include <linux/timerqueue.h>
  23
  24 struct hrtimer_clock_base;
  25 struct hrtimer_cpu_base;
  26
  27 /*
  28  * Mode arguments of xxx_hrtimer functions:
  29  *
  30  * HRTIMER_MODE_ABS             - Time value is absolute
  31  * HRTIMER_MODE_REL             - Time value is relative to now
  32  * HRTIMER_MODE_PINNED          - Timer is bound to CPU (is only considered
  33  *                                when starting the timer)
  34  * HRTIMER_MODE_SOFT            - Timer callback function will be executed in
  35  *                                soft irq context
  36  * HRTIMER_MODE_HARD            - Timer callback function will be executed in
  37  *                                hard irq context even on PREEMPT_RT.
  38  */
  39 enum hrtimer_mode {
  40         HRTIMER_MODE_ABS        = 0x00,
  41         HRTIMER_MODE_REL        = 0x01,
  42         HRTIMER_MODE_PINNED     = 0x02,
  43         HRTIMER_MODE_SOFT       = 0x04,
  44         HRTIMER_MODE_HARD       = 0x08,
  45
  46         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_PINNED,
  47         HRTIMER_MODE_REL_PINNED = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_PINNED,
  48
  49         HRTIMER_MODE_ABS_SOFT   = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_SOFT,
  50         HRTIMER_MODE_REL_SOFT   = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_SOFT,
  51
  52         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED_SOFT = HRTIMER_MODE_ABS_PINNED | HRTIMER_MODE_SOFT,
  53         HRTIMER_MODE_REL_PINNED_SOFT = HRTIMER_MODE_REL_PINNED | HRTIMER_MODE_SOFT,
  54
  55         HRTIMER_MODE_ABS_HARD   = HRTIMER_MODE_ABS | HRTIMER_MODE_HARD,
  56         HRTIMER_MODE_REL_HARD   = HRTIMER_MODE_REL | HRTIMER_MODE_HARD,
  57
  58         HRTIMER_MODE_ABS_PINNED_HARD = HRTIMER_MODE_ABS_PINNED | HRTIMER_MODE_HARD,
  59         HRTIMER_MODE_REL_PINNED_HARD = HRTIMER_MODE_REL_PINNED | HRTIMER_MODE_HARD,
  60 };
  61
  62 /*
  63  * Return values for the callback function
  64  */
  65 enum hrtimer_restart {
  66         HRTIMER_NORESTART,      /* Timer is not restarted */
  67         HRTIMER_RESTART,        /* Timer must be restarted */
  68 };
  69
  70 /*
  71  * Values to track state of the timer
  72  *
  73  * Possible states:
  74  *
  75  * 0x00         inactive
  76  * 0x01         enqueued into rbtree
  77  *
  78  * The callback state is not part of the timer->state because clearing it would
  79  * mean touching the timer after the callback, this makes it impossible to free
  80  * the timer from the callback function.
  81  *
  82  * Therefore we track the callback state in:
  83  *
  84  *      timer->base->cpu_base->running == timer
  85  *
  86  * On SMP it is possible to have a "callback function running and enqueued"
  87  * status. It happens for example when a posix timer expired and the callback
  88  * queued a signal. Between dropping the lock which protects the posix timer
  89  * and reacquiring the base lock of the hrtimer, another CPU can deliver the
  90  * signal and rearm the timer.
  91  *
  92  * All state transitions are protected by cpu_base->lock.
  93  */
  94 #define HRTIMER_STATE_INACTIVE  0x00
  95 #define HRTIMER_STATE_ENQUEUED  0x01
  96
  97 /**
  98  * struct hrtimer - the basic hrtimer structure
  99  * @node:       timerqueue node, which also manages node.expires,
 100  *              the absolute expiry time in the hrtimers internal
 101  *              representation. The time is related to the clock on
 102  *              which the timer is based. Is setup by adding
 103  *              slack to the _softexpires value. For non range timers
 104  *              identical to _softexpires.
 105  * @_softexpires: the absolute earliest expiry time of the hrtimer.
 106  *              The time which was given as expiry time when the timer
 107  *              was armed.
 108  * @function:   timer expiry callback function
 109  * @base:       pointer to the timer base (per cpu and per clock)
 110  * @state:      state information (See bit values above)
 111  * @is_rel:     Set if the timer was armed relative
 112  * @is_soft:    Set if hrtimer will be expired in soft interrupt context.
 113  * @is_hard:    Set if hrtimer will be expired in hard interrupt context
 114  *              even on RT.
 115  *
 116  * The hrtimer structure must be initialized by hrtimer_init()
 117  */
 118 struct hrtimer {
 119         struct timerqueue_node          node;
 120         ktime_t                         _softexpires;
 121         enum hrtimer_restart            (*function)(struct hrtimer *);
 122         struct hrtimer_clock_base       *base;
 123         u8                              state;
 124         u8                              is_rel;
 125         u8                              is_soft;
 126         u8                              is_hard;
 127 };
 128
 129 /**
 130  * struct hrtimer_sleeper - simple sleeper structure
 131  * @timer:      embedded timer structure
 132  * @task:       task to wake up
 133  *
 134  * task is set to NULL, when the timer expires.
 135  */
 136 struct hrtimer_sleeper {
 137         struct hrtimer timer;
 138         struct task_struct *task;
 139 };
 140
 141 #ifdef CONFIG_64BIT
 142 # define __hrtimer_clock_base_align     ____cacheline_aligned
 143 #else
 144 # define __hrtimer_clock_base_align
 145 #endif
 146
 147 /**
 148  * struct hrtimer_clock_base - the timer base for a specific clock
 149  * @cpu_base:           per cpu clock base
 150  * @index:              clock type index for per_cpu support when moving a
 151  *                      timer to a base on another cpu.
 152  * @clockid:            clock id for per_cpu support
 153  * @seq:                seqcount around __run_hrtimer
 154  * @running:            pointer to the currently running hrtimer
 155  * @active:             red black tree root node for the active timers
 156  * @get_time:           function to retrieve the current time of the clock
 157  * @offset:             offset of this clock to the monotonic base
 158  */
 159 struct hrtimer_clock_base {
 160         struct hrtimer_cpu_base *cpu_base;
 161         unsigned int            index;
 162         clockid_t               clockid;
 163         seqcount_raw_spinlock_t seq;
 164         struct hrtimer          *running;
 165         struct timerqueue_head  active;
 166         ktime_t                 (*get_time)(void);
 167         ktime_t                 offset;
 168 } __hrtimer_clock_base_align;
 169
 170 enum  hrtimer_base_type {
 171         HRTIMER_BASE_MONOTONIC,
 172         HRTIMER_BASE_REALTIME,
 173         HRTIMER_BASE_BOOTTIME,
 174         HRTIMER_BASE_TAI,
 175         HRTIMER_BASE_MONOTONIC_SOFT,
 176         HRTIMER_BASE_REALTIME_SOFT,
 177         HRTIMER_BASE_BOOTTIME_SOFT,
 178         HRTIMER_BASE_TAI_SOFT,
 179         HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES,
 180 };
 181
 182 /**
 183  * struct hrtimer_cpu_base - the per cpu clock bases
 184  * @lock:               lock protecting the base and associated clock bases
 185  *                      and timers
 186  * @cpu:                cpu number
 187  * @active_bases:       Bitfield to mark bases with active timers
 188  * @clock_was_set_seq:  Sequence counter of clock was set events
 189  * @hres_active:        State of high resolution mode
 190  * @in_hrtirq:          hrtimer_interrupt() is currently executing
 191  * @hang_detected:      The last hrtimer interrupt detected a hang
 192  * @softirq_activated:  displays, if the softirq is raised - update of softirq
 193  *                      related settings is not required then.
 194  * @nr_events:          Total number of hrtimer interrupt events
 195  * @nr_retries:         Total number of hrtimer interrupt retries
 196  * @nr_hangs:           Total number of hrtimer interrupt hangs
 197  * @max_hang_time:      Maximum time spent in hrtimer_interrupt
 198  * @softirq_expiry_lock: Lock which is taken while softirq based hrtimer are
 199  *                       expired
 200  * @timer_waiters:      A hrtimer_cancel() invocation waits for the timer
 201  *                      callback to finish.
 202  * @expires_next:       absolute time of the next event, is required for remote
 203  *                      hrtimer enqueue; it is the total first expiry time (hard
 204  *                      and soft hrtimer are taken into account)
 205  * @next_timer:         Pointer to the first expiring timer
 206  * @softirq_expires_next: Time to check, if soft queues needs also to be expired
 207  * @softirq_next_timer: Pointer to the first expiring softirq based timer
 208  * @clock_base:         array of clock bases for this cpu
 209  *
 210  * Note: next_timer is just an optimization for __remove_hrtimer().
 211  *       Do not dereference the pointer because it is not reliable on
 212  *       cross cpu removals.
 213  */
 214 struct hrtimer_cpu_base {
 215         raw_spinlock_t                  lock;
 216         unsigned int                    cpu;
 217         unsigned int                    active_bases;
 218         unsigned int                    clock_was_set_seq;
 219         unsigned int                    hres_active             : 1,
 220                                         in_hrtirq               : 1,
 221                                         hang_detected           : 1,
 222                                         softirq_activated       : 1;
 223 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 224         unsigned int                    nr_events;
 225         unsigned short                  nr_retries;
 226         unsigned short                  nr_hangs;
 227         unsigned int                    max_hang_time;
 228 #endif
 229 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
 230         spinlock_t                      softirq_expiry_lock;
 231         atomic_t                        timer_waiters;
 232 #endif
 233         ktime_t                         expires_next;
 234         struct hrtimer                  *next_timer;
 235         ktime_t                         softirq_expires_next;
 236         struct hrtimer                  *softirq_next_timer;
 237         struct hrtimer_clock_base       clock_base[HRTIMER_MAX_CLOCK_BASES];
 238 } ____cacheline_aligned;
 239
 240 static inline void hrtimer_set_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 241 {
 242         timer->node.expires = time;
 243         timer->_softexpires = time;
 244 }
 245
 246 static inline void hrtimer_set_expires_range(struct hrtimer *timer, ktime_t time, ktime_t delta)
 247 {
 248         timer->_softexpires = time;
 249         timer->node.expires = ktime_add_safe(time, delta);
 250 }
 251
 252 static inline void hrtimer_set_expires_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t time, u64 delta)
 253 {
 254         timer->_softexpires = time;
 255         timer->node.expires = ktime_add_safe(time, ns_to_ktime(delta));
 256 }
 257
 258 static inline void hrtimer_set_expires_tv64(struct hrtimer *timer, s64 tv64)
 259 {
 260         timer->node.expires = tv64;
 261         timer->_softexpires = tv64;
 262 }
 263
 264 static inline void hrtimer_add_expires(struct hrtimer *timer, ktime_t time)
 265 {
 266         timer->node.expires = ktime_add_safe(timer->node.expires, time);
 267         timer->_softexpires = ktime_add_safe(timer->_softexpires, time);
 268 }
 269
 270 static inline void hrtimer_add_expires_ns(struct hrtimer *timer, u64 ns)
 271 {
 272         timer->node.expires = ktime_add_ns(timer->node.expires, ns);
 273         timer->_softexpires = ktime_add_ns(timer->_softexpires, ns);
 274 }
 275
 276 static inline ktime_t hrtimer_get_expires(const struct hrtimer *timer)
 277 {
 278         return timer->node.expires;
 279 }
 280
 281 static inline ktime_t hrtimer_get_softexpires(const struct hrtimer *timer)
 282 {
 283         return timer->_softexpires;
 284 }
 285
 286 static inline s64 hrtimer_get_expires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 287 {
 288         return timer->node.expires;
 289 }
 290 static inline s64 hrtimer_get_softexpires_tv64(const struct hrtimer *timer)
 291 {
 292         return timer->_softexpires;
 293 }
 294
 295 static inline s64 hrtimer_get_expires_ns(const struct hrtimer *timer)
 296 {
 297         return ktime_to_ns(timer->node.expires);
 298 }
 299
 300 static inline ktime_t hrtimer_expires_remaining(const struct hrtimer *timer)
 301 {
 302         return ktime_sub(timer->node.expires, timer->base->get_time());
 303 }
 304
 305 static inline ktime_t hrtimer_cb_get_time(struct hrtimer *timer)
 306 {
 307         return timer->base->get_time();
 308 }
 309
 310 static inline int hrtimer_is_hres_active(struct hrtimer *timer)
 311 {
 312         return IS_ENABLED(CONFIG_HIGH_RES_TIMERS) ?
 313                 timer->base->cpu_base->hres_active : 0;
 314 }
 315
 316 #ifdef CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
 317 struct clock_event_device;
 318
 319 extern void hrtimer_interrupt(struct clock_event_device *dev);
 320
 321 extern unsigned int hrtimer_resolution;
 322
 323 #else
 324
 325 #define hrtimer_resolution      (unsigned int)LOW_RES_NSEC
 326
 327 #endif
 328
 329 static inline ktime_t
 330 __hrtimer_expires_remaining_adjusted(const struct hrtimer *timer, ktime_t now)
 331 {
 332         ktime_t rem = ktime_sub(timer->node.expires, now);
 333
 334         /*
 335          * Adjust relative timers for the extra we added in
 336          * hrtimer_start_range_ns() to prevent short timeouts.
 337          */
 338         if (IS_ENABLED(CONFIG_TIME_LOW_RES) && timer->is_rel)
 339                 rem -= hrtimer_resolution;
 340         return rem;
 341 }
 342
 343 static inline ktime_t
 344 hrtimer_expires_remaining_adjusted(const struct hrtimer *timer)
 345 {
 346         return __hrtimer_expires_remaining_adjusted(timer,
 347                                                     timer->base->get_time());
 348 }
 349
 350 #ifdef CONFIG_TIMERFD
 351 extern void timerfd_clock_was_set(void);
 352 extern void timerfd_resume(void);
 353 #else
 354 static inline void timerfd_clock_was_set(void) { }
 355 static inline void timerfd_resume(void) { }
 356 #endif
 357
 358 DECLARE_PER_CPU(struct tick_device, tick_cpu_device);
 359
 360 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
 361 void hrtimer_cancel_wait_running(const struct hrtimer *timer);
 362 #else
 363 static inline void hrtimer_cancel_wait_running(struct hrtimer *timer)
 364 {
 365         cpu_relax();
 366 }
 367 #endif
 368
 369 /* Exported timer functions: */
 370
 371 /* Initialize timers: */
 372 extern void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 373                          enum hrtimer_mode mode);
 374 extern void hrtimer_init_sleeper(struct hrtimer_sleeper *sl, clockid_t clock_id,
 375                                  enum hrtimer_mode mode);
 376
 377 #ifdef CONFIG_DEBUG_OBJECTS_TIMERS
 378 extern void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer, clockid_t which_clock,
 379                                   enum hrtimer_mode mode);
 380 extern void hrtimer_init_sleeper_on_stack(struct hrtimer_sleeper *sl,
 381                                           clockid_t clock_id,
 382                                           enum hrtimer_mode mode);
 383
 384 extern void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer);
 385 #else
 386 static inline void hrtimer_init_on_stack(struct hrtimer *timer,
 387                                          clockid_t which_clock,
 388                                          enum hrtimer_mode mode)
 389 {
 390         hrtimer_init(timer, which_clock, mode);
 391 }
 392
 393 static inline void hrtimer_init_sleeper_on_stack(struct hrtimer_sleeper *sl,
 394                                                  clockid_t clock_id,
 395                                                  enum hrtimer_mode mode)
 396 {
 397         hrtimer_init_sleeper(sl, clock_id, mode);
 398 }
 399
 400 static inline void destroy_hrtimer_on_stack(struct hrtimer *timer) { }
 401 #endif
 402
 403 /* Basic timer operations: */
 404 extern void hrtimer_start_range_ns(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 405                                    u64 range_ns, const enum hrtimer_mode mode);
 406
 407 /**
 408  * hrtimer_start - (re)start an hrtimer
 409  * @timer:      the timer to be added
 410  * @tim:        expiry time
 411  * @mode:       timer mode: absolute (HRTIMER_MODE_ABS) or
 412  *              relative (HRTIMER_MODE_REL), and pinned (HRTIMER_MODE_PINNED);
 413  *              softirq based mode is considered for debug purpose only!
 414  */
 415 static inline void hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t tim,
 416                                  const enum hrtimer_mode mode)
 417 {
 418         hrtimer_start_range_ns(timer, tim, 0, mode);
 419 }
 420
 421 extern int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer);
 422 extern int hrtimer_try_to_cancel(struct hrtimer *timer);
 423
 424 static inline void hrtimer_start_expires(struct hrtimer *timer,
 425                                          enum hrtimer_mode mode)
 426 {
 427         u64 delta;
 428         ktime_t soft, hard;
 429         soft = hrtimer_get_softexpires(timer);
 430         hard = hrtimer_get_expires(timer);
 431         delta = ktime_to_ns(ktime_sub(hard, soft));
 432         hrtimer_start_range_ns(timer, soft, delta, mode);
 433 }
 434
 435 void hrtimer_sleeper_start_expires(struct hrtimer_sleeper *sl,
 436                                    enum hrtimer_mode mode);
 437
 438 static inline void hrtimer_restart(struct hrtimer *timer)
 439 {
 440         hrtimer_start_expires(timer, HRTIMER_MODE_ABS);
 441 }
 442
 443 /* Query timers: */
 444 extern ktime_t __hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer, bool adjust);
 445
 446 /**
 447  * hrtimer_get_remaining - get remaining time for the timer
 448  * @timer:      the timer to read
 449  */
 450 static inline ktime_t hrtimer_get_remaining(const struct hrtimer *timer)
 451 {
 452         return __hrtimer_get_remaining(timer, false);
 453 }
 454
 455 extern u64 hrtimer_get_next_event(void);
 456 extern u64 hrtimer_next_event_without(const struct hrtimer *exclude);
 457
 458 extern bool hrtimer_active(const struct hrtimer *timer);
 459
 460 /**
 461  * hrtimer_is_queued - check, whether the timer is on one of the queues
 462  * @timer:      Timer to check
 463  *
 464  * Returns: True if the timer is queued, false otherwise
 465  *
 466  * The function can be used lockless, but it gives only a current snapshot.
 467  */
 468 static inline bool hrtimer_is_queued(struct hrtimer *timer)
 469 {
 470         /* The READ_ONCE pairs with the update functions of timer->state */
 471         return !!(READ_ONCE(timer->state) & HRTIMER_STATE_ENQUEUED);
 472 }
 473
 474 /*
 475  * Helper function to check, whether the timer is running the callback
 476  * function
 477  */
 478 static inline int hrtimer_callback_running(struct hrtimer *timer)
 479 {
 480         return timer->base->running == timer;
 481 }
 482
 483 /* Forward a hrtimer so it expires after now: */
 484 extern u64
 485 hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval);
 486
 487 /**
 488  * hrtimer_forward_now - forward the timer expiry so it expires after now
 489  * @timer:      hrtimer to forward
 490  * @interval:   the interval to forward
 491  *
 492  * Forward the timer expiry so it will expire after the current time
 493  * of the hrtimer clock base. Returns the number of overruns.
 494  *
 495  * Can be safely called from the callback function of @timer. If
 496  * called from other contexts @timer must neither be enqueued nor
 497  * running the callback and the caller needs to take care of
 498  * serialization.
 499  *
 500  * Note: This only updates the timer expiry value and does not requeue
 501  * the timer.
 502  */
 503 static inline u64 hrtimer_forward_now(struct hrtimer *timer,
 504                                       ktime_t interval)
 505 {
 506         return hrtimer_forward(timer, timer->base->get_time(), interval);
 507 }
 508
 509 /* Precise sleep: */
 510
 511 extern int nanosleep_copyout(struct restart_block *, struct timespec64 *);
 512 extern long hrtimer_nanosleep(ktime_t rqtp, const enum hrtimer_mode mode,
 513                               const clockid_t clockid);
 514
 515 extern int schedule_hrtimeout_range(ktime_t *expires, u64 delta,
 516                                     const enum hrtimer_mode mode);
 517 extern int schedule_hrtimeout_range_clock(ktime_t *expires,
 518                                           u64 delta,
 519                                           const enum hrtimer_mode mode,
 520                                           clockid_t clock_id);
 521 extern int schedule_hrtimeout(ktime_t *expires, const enum hrtimer_mode mode);
 522
 523 /* Soft interrupt function to run the hrtimer queues: */
 524 extern void hrtimer_run_queues(void);
 525
 526 /* Bootup initialization: */
 527 extern void __init hrtimers_init(void);
 528
 529 /* Show pending timers: */
 530 extern void sysrq_timer_list_show(void);
 531
 532 int hrtimers_prepare_cpu(unsigned int cpu);
 533 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 534 int hrtimers_dead_cpu(unsigned int cpu);
 535 #else
 536 #define hrtimers_dead_cpu       NULL
 537 #endif
 538
 539 #endif