lib/timeval.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2008, 2009, 2010, 2011 Nicira Networks.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #include <config.h>
  18 #include "timeval.h"
  19 #include <assert.h>
  20 #include <errno.h>
  21 #include <poll.h>
  22 #include <signal.h>
  23 #include <string.h>
  24 #include <sys/time.h>
  25 #include <sys/resource.h>
  26 #include <unistd.h>
  27 #include "coverage.h"
  28 #include "fatal-signal.h"
  29 #include "signals.h"
  30 #include "util.h"
  31 #include "vlog.h"
  32
  33 VLOG_DEFINE_THIS_MODULE(timeval);
  34
  35 /* The clock to use for measuring time intervals.  This is CLOCK_MONOTONIC by
  36  * preference, but on systems that don't have a monotonic clock we fall back
  37  * to CLOCK_REALTIME. */
  38 static clockid_t monotonic_clock;
  39
  40 /* Has a timer tick occurred?
  41  *
  42  * We initialize these to true to force time_init() to get called on the first
  43  * call to time_msec() or another function that queries the current time. */
  44 static volatile sig_atomic_t wall_tick = true;
  45 static volatile sig_atomic_t monotonic_tick = true;
  46
  47 /* The current time, as of the last refresh. */
  48 static struct timespec wall_time;
  49 static struct timespec monotonic_time;
  50
  51 /* Time at which to die with SIGALRM (if not TIME_MIN). */
  52 static time_t deadline = TIME_MIN;
  53
  54 static void set_up_timer(void);
  55 static void set_up_signal(int flags);
  56 static void sigalrm_handler(int);
  57 static void refresh_wall_if_ticked(void);
  58 static void refresh_monotonic_if_ticked(void);
  59 static time_t time_add(time_t, time_t);
  60 static void block_sigalrm(sigset_t *);
  61 static void unblock_sigalrm(const sigset_t *);
  62 static void log_poll_interval(long long int last_wakeup);
  63 static struct rusage *get_recent_rusage(void);
  64 static void refresh_rusage(void);
  65
  66 /* Initializes the timetracking module.
  67  *
  68  * It is not necessary to call this function directly, because other time
  69  * functions will call it automatically, but it doesn't hurt. */
  70 static void
  71 time_init(void)
  72 {
  73     static bool inited;
  74     if (inited) {
  75         return;
  76     }
  77     inited = true;
  78
  79     coverage_init();
  80
  81     if (!clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &monotonic_time)) {
  82         monotonic_clock = CLOCK_MONOTONIC;
  83     } else {
  84         monotonic_clock = CLOCK_REALTIME;
  85         VLOG_DBG("monotonic timer not available");
  86     }
  87
  88     set_up_signal(SA_RESTART);
  89     set_up_timer();
  90 }
  91
  92 static void
  93 set_up_signal(int flags)
  94 {
  95     struct sigaction sa;
  96
  97     memset(&sa, 0, sizeof sa);
  98     sa.sa_handler = sigalrm_handler;
  99     sigemptyset(&sa.sa_mask);
 100     sa.sa_flags = flags;
 101     xsigaction(SIGALRM, &sa, NULL);
 102 }
 103
 104 /* Remove SA_RESTART from the flags for SIGALRM, so that any system call that
 105  * is interrupted by the periodic timer interrupt will return EINTR instead of
 106  * continuing after the signal handler returns.
 107  *
 108  * time_disable_restart() and time_enable_restart() may be usefully wrapped
 109  * around function calls that might otherwise block forever unless interrupted
 110  * by a signal, e.g.:
 111  *
 112  *   time_disable_restart();
 113  *   fcntl(fd, F_SETLKW, &lock);
 114  *   time_enable_restart();
 115  */
 116 void
 117 time_disable_restart(void)
 118 {
 119     time_init();
 120     set_up_signal(0);
 121 }
 122
 123 /* Add SA_RESTART to the flags for SIGALRM, so that any system call that
 124  * is interrupted by the periodic timer interrupt will continue after the
 125  * signal handler returns instead of returning EINTR. */
 126 void
 127 time_enable_restart(void)
 128 {
 129     time_init();
 130     set_up_signal(SA_RESTART);
 131 }
 132
 133 static void
 134 set_up_timer(void)
 135 {
 136     static timer_t timer_id;    /* "static" to avoid apparent memory leak. */
 137     struct itimerspec itimer;
 138
 139     if (timer_create(monotonic_clock, NULL, &timer_id)) {
 140         VLOG_FATAL("timer_create failed (%s)", strerror(errno));
 141     }
 142
 143     itimer.it_interval.tv_sec = 0;
 144     itimer.it_interval.tv_nsec = TIME_UPDATE_INTERVAL * 1000 * 1000;
 145     itimer.it_value = itimer.it_interval;
 146
 147     if (timer_settime(timer_id, 0, &itimer, NULL)) {
 148         VLOG_FATAL("timer_settime failed (%s)", strerror(errno));
 149     }
 150 }
 151
 152 /* Set up the interval timer, to ensure that time advances even without calling
 153  * time_refresh().
 154  *
 155  * A child created with fork() does not inherit the parent's interval timer, so
 156  * this function needs to be called from the child after fork(). */
 157 void
 158 time_postfork(void)
 159 {
 160     time_init();
 161     set_up_timer();
 162 }
 163
 164 static void
 165 refresh_wall(void)
 166 {
 167     time_init();
 168     clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &wall_time);
 169     wall_tick = false;
 170 }
 171
 172 static void
 173 refresh_monotonic(void)
 174 {
 175     time_init();
 176
 177     if (monotonic_clock == CLOCK_MONOTONIC) {
 178         clock_gettime(monotonic_clock, &monotonic_time);
 179     } else {
 180         refresh_wall_if_ticked();
 181         monotonic_time = wall_time;
 182     }
 183
 184     monotonic_tick = false;
 185 }
 186
 187 /* Forces a refresh of the current time from the kernel.  It is not usually
 188  * necessary to call this function, since the time will be refreshed
 189  * automatically at least every TIME_UPDATE_INTERVAL milliseconds. */
 190 void
 191 time_refresh(void)
 192 {
 193     wall_tick = monotonic_tick = true;
 194 }
 195
 196 /* Returns a monotonic timer, in seconds. */
 197 time_t
 198 time_now(void)
 199 {
 200     refresh_monotonic_if_ticked();
 201     return monotonic_time.tv_sec;
 202 }
 203
 204 /* Same as time_now() except does not write to static variables, for use in
 205  * signal handlers.  */
 206 static time_t
 207 time_now_sig(void)
 208 {
 209     struct timespec cur_time;
 210
 211     clock_gettime(monotonic_clock, &cur_time);
 212     return cur_time.tv_sec;
 213 }
 214
 215 /* Returns the current time, in seconds. */
 216 time_t
 217 time_wall(void)
 218 {
 219     refresh_wall_if_ticked();
 220     return wall_time.tv_sec;
 221 }
 222
 223 /* Returns a monotonic timer, in ms (within TIME_UPDATE_INTERVAL ms). */
 224 long long int
 225 time_msec(void)
 226 {
 227     refresh_monotonic_if_ticked();
 228     return timespec_to_msec(&monotonic_time);
 229 }
 230
 231 /* Returns the current time, in ms (within TIME_UPDATE_INTERVAL ms). */
 232 long long int
 233 time_wall_msec(void)
 234 {
 235     refresh_wall_if_ticked();
 236     return timespec_to_msec(&wall_time);
 237 }
 238
 239 /* Stores a monotonic timer, accurate within TIME_UPDATE_INTERVAL ms, into
 240  * '*ts'. */
 241 void
 242 time_timespec(struct timespec *ts)
 243 {
 244     refresh_monotonic_if_ticked();
 245     *ts = monotonic_time;
 246 }
 247
 248 /* Stores the current time, accurate within TIME_UPDATE_INTERVAL ms, into
 249  * '*ts'. */
 250 void
 251 time_wall_timespec(struct timespec *ts)
 252 {
 253     refresh_wall_if_ticked();
 254     *ts = wall_time;
 255 }
 256
 257 /* Configures the program to die with SIGALRM 'secs' seconds from now, if
 258  * 'secs' is nonzero, or disables the feature if 'secs' is zero. */
 259 void
 260 time_alarm(unsigned int secs)
 261 {
 262     sigset_t oldsigs;
 263
 264     time_init();
 265     block_sigalrm(&oldsigs);
 266     deadline = secs ? time_add(time_now(), secs) : TIME_MIN;
 267     unblock_sigalrm(&oldsigs);
 268 }
 269
 270 /* Like poll(), except:
 271  *
 272  *      - On error, returns a negative error code (instead of setting errno).
 273  *
 274  *      - If interrupted by a signal, retries automatically until the original
 275  *        'timeout' expires.  (Because of this property, this function will
 276  *        never return -EINTR.)
 277  *
 278  *      - As a side effect, refreshes the current time (like time_refresh()).
 279  */
 280 int
 281 time_poll(struct pollfd *pollfds, int n_pollfds, int timeout)
 282 {
 283     static long long int last_wakeup;
 284     long long int start;
 285     sigset_t oldsigs;
 286     bool blocked;
 287     int retval;
 288
 289     time_refresh();
 290     log_poll_interval(last_wakeup);
 291     coverage_clear();
 292     start = time_msec();
 293     blocked = false;
 294     for (;;) {
 295         int time_left;
 296         if (timeout > 0) {
 297             long long int elapsed = time_msec() - start;
 298             time_left = timeout >= elapsed ? timeout - elapsed : 0;
 299         } else {
 300             time_left = timeout;
 301         }
 302
 303         retval = poll(pollfds, n_pollfds, time_left);
 304         if (retval < 0) {
 305             retval = -errno;
 306         }
 307         time_refresh();
 308         if (retval != -EINTR) {
 309             break;
 310         }
 311
 312         if (!blocked && deadline == TIME_MIN) {
 313             block_sigalrm(&oldsigs);
 314             blocked = true;
 315         }
 316     }
 317     if (blocked) {
 318         unblock_sigalrm(&oldsigs);
 319     }
 320     last_wakeup = time_msec();
 321     refresh_rusage();
 322     return retval;
 323 }
 324
 325 /* Returns the sum of 'a' and 'b', with saturation on overflow or underflow. */
 326 static time_t
 327 time_add(time_t a, time_t b)
 328 {
 329     return (a >= 0
 330             ? (b > TIME_MAX - a ? TIME_MAX : a + b)
 331             : (b < TIME_MIN - a ? TIME_MIN : a + b));
 332 }
 333
 334 static void
 335 sigalrm_handler(int sig_nr)
 336 {
 337     wall_tick = true;
 338     monotonic_tick = true;
 339     if (deadline != TIME_MIN && time_now_sig() > deadline) {
 340         fatal_signal_handler(sig_nr);
 341     }
 342 }
 343
 344 static void
 345 refresh_wall_if_ticked(void)
 346 {
 347     if (wall_tick) {
 348         refresh_wall();
 349     }
 350 }
 351
 352 static void
 353 refresh_monotonic_if_ticked(void)
 354 {
 355     if (monotonic_tick) {
 356         refresh_monotonic();
 357     }
 358 }
 359
 360 static void
 361 block_sigalrm(sigset_t *oldsigs)
 362 {
 363     sigset_t sigalrm;
 364     sigemptyset(&sigalrm);
 365     sigaddset(&sigalrm, SIGALRM);
 366     xsigprocmask(SIG_BLOCK, &sigalrm, oldsigs);
 367 }
 368
 369 static void
 370 unblock_sigalrm(const sigset_t *oldsigs)
 371 {
 372     xsigprocmask(SIG_SETMASK, oldsigs, NULL);
 373 }
 374
 375 long long int
 376 timespec_to_msec(const struct timespec *ts)
 377 {
 378     return (long long int) ts->tv_sec * 1000 + ts->tv_nsec / (1000 * 1000);
 379 }
 380
 381 long long int
 382 timeval_to_msec(const struct timeval *tv)
 383 {
 384     return (long long int) tv->tv_sec * 1000 + tv->tv_usec / 1000;
 385 }
 386
 387 void
 388 xgettimeofday(struct timeval *tv)
 389 {
 390     if (gettimeofday(tv, NULL) == -1) {
 391         VLOG_FATAL("gettimeofday failed (%s)", strerror(errno));
 392     }
 393 }
 394
 395 static long long int
 396 timeval_diff_msec(const struct timeval *a, const struct timeval *b)
 397 {
 398     return timeval_to_msec(a) - timeval_to_msec(b);
 399 }
 400
 401 static void
 402 log_poll_interval(long long int last_wakeup)
 403 {
 404     static unsigned int mean_interval; /* In 16ths of a millisecond. */
 405     static unsigned int n_samples;
 406
 407     long long int now;
 408     unsigned int interval;      /* In 16ths of a millisecond. */
 409
 410     /* Compute interval from last wakeup to now in 16ths of a millisecond,
 411      * capped at 10 seconds (16000 in this unit). */
 412     now = time_msec();
 413     interval = MIN(10000, now - last_wakeup) << 4;
 414
 415     /* Warn if we took too much time between polls: at least 50 ms and at least
 416      * 8X the mean interval. */
 417     if (n_samples > 10 && interval > mean_interval * 8 && interval > 50 * 16) {
 418         const struct rusage *last_rusage = get_recent_rusage();
 419         struct rusage rusage;
 420
 421         getrusage(RUSAGE_SELF, &rusage);
 422         VLOG_WARN("%lld ms poll interval (%lld ms user, %lld ms system) "
 423                   "is over %u times the weighted mean interval %u ms "
 424                   "(%u samples)",
 425                   now - last_wakeup,
 426                   timeval_diff_msec(&rusage.ru_utime, &last_rusage->ru_utime),
 427                   timeval_diff_msec(&rusage.ru_stime, &last_rusage->ru_stime),
 428                   interval / mean_interval,
 429                   (mean_interval + 8) / 16, n_samples);
 430         if (rusage.ru_minflt > last_rusage->ru_minflt
 431             || rusage.ru_majflt > last_rusage->ru_majflt) {
 432             VLOG_WARN("faults: %ld minor, %ld major",
 433                       rusage.ru_minflt - last_rusage->ru_minflt,
 434                       rusage.ru_majflt - last_rusage->ru_majflt);
 435         }
 436         if (rusage.ru_inblock > last_rusage->ru_inblock
 437             || rusage.ru_oublock > last_rusage->ru_oublock) {
 438             VLOG_WARN("disk: %ld reads, %ld writes",
 439                       rusage.ru_inblock - last_rusage->ru_inblock,
 440                       rusage.ru_oublock - last_rusage->ru_oublock);
 441         }
 442         if (rusage.ru_nvcsw > last_rusage->ru_nvcsw
 443             || rusage.ru_nivcsw > last_rusage->ru_nivcsw) {
 444             VLOG_WARN("context switches: %ld voluntary, %ld involuntary",
 445                       rusage.ru_nvcsw - last_rusage->ru_nvcsw,
 446                       rusage.ru_nivcsw - last_rusage->ru_nivcsw);
 447         }
 448
 449         /* Care should be taken in the value chosen for logging.  Depending
 450          * on the configuration, syslog can write changes synchronously,
 451          * which can cause the coverage messages to take longer to log
 452          * than the processing delay that triggered it. */
 453         coverage_log(VLL_INFO, true);
 454     }
 455
 456     /* Update exponentially weighted moving average.  With these parameters, a
 457      * given value decays to 1% of its value in about 100 time steps.  */
 458     if (n_samples++) {
 459         mean_interval = (mean_interval * 122 + interval * 6 + 64) / 128;
 460     } else {
 461         mean_interval = interval;
 462     }
 463 }
 464 \f
 465 /* CPU usage tracking. */
 466
 467 struct cpu_usage {
 468     long long int when;         /* Time that this sample was taken. */
 469     unsigned long long int cpu; /* Total user+system CPU usage when sampled. */
 470 };
 471
 472 static struct rusage recent_rusage;
 473 static struct cpu_usage older = { LLONG_MIN, 0 };
 474 static struct cpu_usage newer = { LLONG_MIN, 0 };
 475 static int cpu_usage = -1;
 476
 477 static struct rusage *
 478 get_recent_rusage(void)
 479 {
 480     return &recent_rusage;
 481 }
 482
 483 static void
 484 refresh_rusage(void)
 485 {
 486     long long int now;
 487
 488     now = time_msec();
 489     getrusage(RUSAGE_SELF, &recent_rusage);
 490
 491     if (now >= newer.when + 3 * 1000) {
 492         older = newer;
 493         newer.when = now;
 494         newer.cpu = (timeval_to_msec(&recent_rusage.ru_utime) +
 495                      timeval_to_msec(&recent_rusage.ru_stime));
 496
 497         if (older.when != LLONG_MIN && newer.cpu > older.cpu) {
 498             unsigned int dividend = newer.cpu - older.cpu;
 499             unsigned int divisor = (newer.when - older.when) / 100;
 500             cpu_usage = divisor > 0 ? dividend / divisor : -1;
 501         } else {
 502             cpu_usage = -1;
 503         }
 504     }
 505 }
 506
 507 /* Returns an estimate of this process's CPU usage, as a percentage, over the
 508  * past few seconds of wall-clock time.  Returns -1 if no estimate is available
 509  * (which will happen if the process has not been running long enough to have
 510  * an estimate, and can happen for other reasons as well). */
 511 int
 512 get_cpu_usage(void)
 513 {
 514     return cpu_usage;
 515 }