Documentation/cpu-hotplug.txt

   1                 CPU hotplug Support in Linux(tm) Kernel
   2
   3                 Maintainers:
   4                 CPU Hotplug Core:
   5                         Rusty Russell <rusty@rustycorp.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_map = cpu_present_map + additional_cpus
  51
  52 (*) Option valid only for following architectures
  53 - x86_64, ia64, s390
  54
  55 ia64 and x86_64 use the number of disabled local apics in ACPI tables MADT
  56 to determine the number of potentially hot-pluggable cpus. The implementation
  57 should only rely on this to count the #of cpus, but *MUST* not rely on the
  58 apicid values in those tables for disabled apics. In the event BIOS doesnt
  59 mark such hot-pluggable cpus as disabled entries, one could use this
  60 parameter "additional_cpus=x" to represent those cpus in the cpu_possible_map.
  61
  62 s390 uses the number of cpus it detects at IPL time to also the number of bits
  63 in cpu_possible_map. If it is desired to add additional cpus at a later time
  64 the number should be specified using this option or the possible_cpus option.
  65
  66 possible_cpus=n         [s390 only] use this to set hotpluggable cpus.
  67                         This option sets possible_cpus bits in
  68                         cpu_possible_map. Thus keeping the numbers of bits set
  69                         constant even if the machine gets rebooted.
  70                         This option overrides additional_cpus.
  71
  72 CPU maps and such
  73 -----------------
  74 [More on cpumaps and primitive to manipulate, please check
  75 include/linux/cpumask.h that has more descriptive text.]
  76
  77 cpu_possible_map: Bitmap of possible CPUs that can ever be available in the
  78 system. This is used to allocate some boot time memory for per_cpu variables
  79 that aren't designed to grow/shrink as CPUs are made available or removed.
  80 Once set during boot time discovery phase, the map is static, i.e no bits
  81 are added or removed anytime.  Trimming it accurately for your system needs
  82 upfront can save some boot time memory. See below for how we use heuristics
  83 in x86_64 case to keep this under check.
  84
  85 cpu_online_map: Bitmap of all CPUs currently online. Its set in __cpu_up()
  86 after a cpu is available for kernel scheduling and ready to receive
  87 interrupts from devices. Its cleared when a cpu is brought down using
  88 __cpu_disable(), before which all OS services including interrupts are
  89 migrated to another target CPU.
  90
  91 cpu_present_map: Bitmap of CPUs currently present in the system. Not all
  92 of them may be online. When physical hotplug is processed by the relevant
  93 subsystem (e.g ACPI) can change and new bit either be added or removed
  94 from the map depending on the event is hot-add/hot-remove. There are currently
  95 no locking rules as of now. Typical usage is to init topology during boot,
  96 at which time hotplug is disabled.
  97
  98 You really dont need to manipulate any of the system cpu maps. They should
  99 be read-only for most use. When setting up per-cpu resources almost always use
 100 cpu_possible_map/for_each_cpu() to iterate.
 101
 102 Never use anything other than cpumask_t to represent bitmap of CPUs.
 103
 104 #include <linux/cpumask.h>
 105
 106 for_each_cpu              - Iterate over cpu_possible_map
 107 for_each_online_cpu       - Iterate over cpu_online_map
 108 for_each_present_cpu      - Iterate over cpu_present_map
 109 for_each_cpu_mask(x,mask) - Iterate over some random collection of cpu mask.
 110
 111 #include <linux/cpu.h>
 112 lock_cpu_hotplug() and unlock_cpu_hotplug():
 113
 114 The above calls are used to inhibit cpu hotplug operations. While holding the
 115 cpucontrol mutex, cpu_online_map will not change. If you merely need to avoid
 116 cpus going away, you could also use preempt_disable() and preempt_enable()
 117 for those sections. Just remember the critical section cannot call any
 118 function that can sleep or schedule this process away. The preempt_disable()
 119 will work as long as stop_machine_run() is used to take a cpu down.
 120
 121 CPU Hotplug - Frequently Asked Questions.
 122
 123 Q: How to i enable my kernel to support CPU hotplug?
 124 A: When doing make defconfig, Enable CPU hotplug support
 125
 126    "Processor type and Features" -> Support for Hotpluggable CPUs
 127
 128 Make sure that you have CONFIG_HOTPLUG, and CONFIG_SMP turned on as well.
 129
 130 You would need to enable CONFIG_HOTPLUG_CPU for SMP suspend/resume support
 131 as well.
 132
 133 Q: What architectures support CPU hotplug?
 134 A: As of 2.6.14, the following architectures support CPU hotplug.
 135
 136 i386 (Intel), ppc, ppc64, parisc, s390, ia64 and x86_64
 137
 138 Q: How to test if hotplug is supported on the newly built kernel?
 139 A: You should now notice an entry in sysfs.
 140
 141 Check if sysfs is mounted, using the "mount" command. You should notice
 142 an entry as shown below in the output.
 143
 144 ....
 145 none on /sys type sysfs (rw)
 146 ....
 147
 148 if this is not mounted, do the following.
 149
 150 #mkdir /sysfs
 151 #mount -t sysfs sys /sys
 152
 153 now you should see entries for all present cpu, the following is an example
 154 in a 8-way system.
 155
 156 #pwd
 157 #/sys/devices/system/cpu
 158 #ls -l
 159 total 0
 160 drwxr-xr-x  10 root root 0 Sep 19 07:44 .
 161 drwxr-xr-x  13 root root 0 Sep 19 07:45 ..
 162 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu0
 163 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu1
 164 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu2
 165 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu3
 166 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu4
 167 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu5
 168 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:44 cpu6
 169 drwxr-xr-x   3 root root 0 Sep 19 07:48 cpu7
 170
 171 Under each directory you would find an "online" file which is the control
 172 file to logically online/offline a processor.
 173
 174 Q: Does hot-add/hot-remove refer to physical add/remove of cpus?
 175 A: The usage of hot-add/remove may not be very consistently used in the code.
 176 CONFIG_CPU_HOTPLUG enables logical online/offline capability in the kernel.
 177 To support physical addition/removal, one would need some BIOS hooks and
 178 the platform should have something like an attention button in PCI hotplug.
 179 CONFIG_ACPI_HOTPLUG_CPU enables ACPI support for physical add/remove of CPUs.
 180
 181 Q: How do i logically offline a CPU?
 182 A: Do the following.
 183
 184 #echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpuX/online
 185
 186 once the logical offline is successful, check
 187
 188 #cat /proc/interrupts
 189
 190 you should now not see the CPU that you removed. Also online file will report
 191 the state as 0 when a cpu if offline and 1 when its online.
 192
 193 #To display the current cpu state.
 194 #cat /sys/devices/system/cpu/cpuX/online
 195
 196 Q: Why cant i remove CPU0 on some systems?
 197 A: Some architectures may have some special dependency on a certain CPU.
 198
 199 For e.g in IA64 platforms we have ability to sent platform interrupts to the
 200 OS. a.k.a Corrected Platform Error Interrupts (CPEI). In current ACPI
 201 specifications, we didn't have a way to change the target CPU. Hence if the
 202 current ACPI version doesn't support such re-direction, we disable that CPU
 203 by making it not-removable.
 204
 205 In such cases you will also notice that the online file is missing under cpu0.
 206
 207 Q: How do i find out if a particular CPU is not removable?
 208 A: Depending on the implementation, some architectures may show this by the
 209 absence of the "online" file. This is done if it can be determined ahead of
 210 time that this CPU cannot be removed.
 211
 212 In some situations, this can be a run time check, i.e if you try to remove the
 213 last CPU, this will not be permitted. You can find such failures by
 214 investigating the return value of the "echo" command.
 215
 216 Q: What happens when a CPU is being logically offlined?
 217 A: The following happen, listed in no particular order :-)
 218
 219 - A notification is sent to in-kernel registered modules by sending an event
 220   CPU_DOWN_PREPARE
 221 - All process is migrated away from this outgoing CPU to a new CPU
 222 - All interrupts targeted to this CPU is migrated to a new CPU
 223 - timers/bottom half/task lets are also migrated to a new CPU
 224 - Once all services are migrated, kernel calls an arch specific routine
 225   __cpu_disable() to perform arch specific cleanup.
 226 - Once this is successful, an event for successful cleanup is sent by an event
 227   CPU_DEAD.
 228
 229   "It is expected that each service cleans up when the CPU_DOWN_PREPARE
 230   notifier is called, when CPU_DEAD is called its expected there is nothing
 231   running on behalf of this CPU that was offlined"
 232
 233 Q: If i have some kernel code that needs to be aware of CPU arrival and
 234    departure, how to i arrange for proper notification?
 235 A: This is what you would need in your kernel code to receive notifications.
 236
 237     #include <linux/cpu.h>
 238     static int __cpuinit foobar_cpu_callback(struct notifier_block *nfb,
 239                                             unsigned long action, void *hcpu)
 240         {
 241                 unsigned int cpu = (unsigned long)hcpu;
 242
 243                 switch (action) {
 244                 case CPU_ONLINE:
 245                         foobar_online_action(cpu);
 246                         break;
 247                 case CPU_DEAD:
 248                         foobar_dead_action(cpu);
 249                         break;
 250                 }
 251                 return NOTIFY_OK;
 252         }
 253
 254         static struct notifier_block foobar_cpu_notifer =
 255         {
 256            .notifier_call = foobar_cpu_callback,
 257         };
 258
 259
 260 In your init function,
 261
 262         register_cpu_notifier(&foobar_cpu_notifier);
 263
 264 You can fail PREPARE notifiers if something doesn't work to prepare resources.
 265 This will stop the activity and send a following CANCELED event back.
 266
 267 CPU_DEAD should not be failed, its just a goodness indication, but bad
 268 things will happen if a notifier in path sent a BAD notify code.
 269
 270 Q: I don't see my action being called for all CPUs already up and running?
 271 A: Yes, CPU notifiers are called only when new CPUs are on-lined or offlined.
 272    If you need to perform some action for each cpu already in the system, then
 273
 274   for_each_online_cpu(i) {
 275                 foobar_cpu_callback(&foobar_cpu_notifier, CPU_UP_PREPARE, i);
 276                 foobar_cpu_callback(&foobar-cpu_notifier, CPU_ONLINE, i);
 277   }
 278
 279 Q: If i would like to develop cpu hotplug support for a new architecture,
 280    what do i need at a minimum?
 281 A: The following are what is required for CPU hotplug infrastructure to work
 282    correctly.
 283
 284     - Make sure you have an entry in Kconfig to enable CONFIG_HOTPLUG_CPU
 285     - __cpu_up()        - Arch interface to bring up a CPU
 286     - __cpu_disable()   - Arch interface to shutdown a CPU, no more interrupts
 287                           can be handled by the kernel after the routine
 288                           returns. Including local APIC timers etc are
 289                           shutdown.
 290      - __cpu_die()      - This actually supposed to ensure death of the CPU.
 291                           Actually look at some example code in other arch
 292                           that implement CPU hotplug. The processor is taken
 293                           down from the idle() loop for that specific
 294                           architecture. __cpu_die() typically waits for some
 295                           per_cpu state to be set, to ensure the processor
 296                           dead routine is called to be sure positively.
 297
 298 Q: I need to ensure that a particular cpu is not removed when there is some
 299    work specific to this cpu is in progress.
 300 A: First switch the current thread context to preferred cpu
 301
 302    int my_func_on_cpu(int cpu)
 303    {
 304        cpumask_t saved_mask, new_mask = CPU_MASK_NONE;
 305        int curr_cpu, err = 0;
 306
 307        saved_mask = current->cpus_allowed;
 308        cpu_set(cpu, new_mask);
 309        err = set_cpus_allowed(current, new_mask);
 310
 311        if (err)
 312            return err;
 313
 314        /*
 315         * If we got scheduled out just after the return from
 316         * set_cpus_allowed() before running the work, this ensures
 317         * we stay locked.
 318         */
 319        curr_cpu = get_cpu();
 320
 321        if (curr_cpu != cpu) {
 322            err = -EAGAIN;
 323            goto ret;
 324        } else {
 325            /*
 326             * Do work : But cant sleep, since get_cpu() disables preempt
 327             */
 328        }
 329     ret:
 330         put_cpu();
 331         set_cpus_allowed(current, saved_mask);
 332         return err;
 333     }
 334
 335
 336 Q: How do we determine how many CPUs are available for hotplug.
 337 A: There is no clear spec defined way from ACPI that can give us that
 338    information today. Based on some input from Natalie of Unisys,
 339    that the ACPI MADT (Multiple APIC Description Tables) marks those possible
 340    CPUs in a system with disabled status.
 341
 342    Andi implemented some simple heuristics that count the number of disabled
 343    CPUs in MADT as hotpluggable CPUS.  In the case there are no disabled CPUS
 344    we assume 1/2 the number of CPUs currently present can be hotplugged.
 345
 346    Caveat: Today's ACPI MADT can only provide 256 entries since the apicid field
 347    in MADT is only 8 bits.
 348
 349 User Space Notification
 350
 351 Hotplug support for devices is common in Linux today. Its being used today to
 352 support automatic configuration of network, usb and pci devices. A hotplug
 353 event can be used to invoke an agent script to perform the configuration task.
 354
 355 You can add /etc/hotplug/cpu.agent to handle hotplug notification user space
 356 scripts.
 357
 358         #!/bin/bash
 359         # $Id: cpu.agent
 360         # Kernel hotplug params include:
 361         #ACTION=%s [online or offline]
 362         #DEVPATH=%s
 363         #
 364         cd /etc/hotplug
 365         . ./hotplug.functions
 366
 367         case $ACTION in
 368                 online)
 369                         echo `date` ":cpu.agent" add cpu >> /tmp/hotplug.txt
 370                         ;;
 371                 offline)
 372                         echo `date` ":cpu.agent" remove cpu >>/tmp/hotplug.txt
 373                         ;;
 374                 *)
 375                         debug_mesg CPU $ACTION event not supported
 376         exit 1
 377         ;;
 378         esac