tools/power/x86/turbostat/turbostat.c

   1 /*
   2  * turbostat -- show CPU frequency and C-state residency
   3  * on modern Intel turbo-capable processors.
   4  *
   5  * Copyright (c) 2012 Intel Corporation.
   6  * Len Brown <len.brown@intel.com>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   9  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
  10  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
  11  *
  12  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
  13  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  14  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
  15  * more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  18  * this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  19  * 51 Franklin St - Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  20  */
  21
  22 #define _GNU_SOURCE
  23 #include <stdio.h>
  24 #include <unistd.h>
  25 #include <sys/types.h>
  26 #include <sys/wait.h>
  27 #include <sys/stat.h>
  28 #include <sys/resource.h>
  29 #include <fcntl.h>
  30 #include <signal.h>
  31 #include <sys/time.h>
  32 #include <stdlib.h>
  33 #include <dirent.h>
  34 #include <string.h>
  35 #include <ctype.h>
  36 #include <sched.h>
  37
  38 #define MSR_TSC 0x10
  39 #define MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO       0xCE
  40 #define MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT   0x1AD
  41 #define MSR_APERF       0xE8
  42 #define MSR_MPERF       0xE7
  43 #define MSR_PKG_C2_RESIDENCY    0x60D   /* SNB only */
  44 #define MSR_PKG_C3_RESIDENCY    0x3F8
  45 #define MSR_PKG_C6_RESIDENCY    0x3F9
  46 #define MSR_PKG_C7_RESIDENCY    0x3FA   /* SNB only */
  47 #define MSR_CORE_C3_RESIDENCY   0x3FC
  48 #define MSR_CORE_C6_RESIDENCY   0x3FD
  49 #define MSR_CORE_C7_RESIDENCY   0x3FE   /* SNB only */
  50
  51 char *proc_stat = "/proc/stat";
  52 unsigned int interval_sec = 5;  /* set with -i interval_sec */
  53 unsigned int verbose;           /* set with -v */
  54 unsigned int summary_only;      /* set with -s */
  55 unsigned int skip_c0;
  56 unsigned int skip_c1;
  57 unsigned int do_nhm_cstates;
  58 unsigned int do_snb_cstates;
  59 unsigned int has_aperf;
  60 unsigned int units = 1000000000;        /* Ghz etc */
  61 unsigned int genuine_intel;
  62 unsigned int has_invariant_tsc;
  63 unsigned int do_nehalem_platform_info;
  64 unsigned int do_nehalem_turbo_ratio_limit;
  65 unsigned int extra_msr_offset;
  66 double bclk;
  67 unsigned int show_pkg;
  68 unsigned int show_core;
  69 unsigned int show_cpu;
  70
  71 int aperf_mperf_unstable;
  72 int backwards_count;
  73 char *progname;
  74 int need_reinitialize;
  75
  76 int num_cpus;
  77 cpu_set_t *cpu_mask;
  78 size_t cpu_mask_size;
  79
  80 struct counters {
  81         unsigned long long tsc;         /* per thread */
  82         unsigned long long aperf;       /* per thread */
  83         unsigned long long mperf;       /* per thread */
  84         unsigned long long c1;  /* per thread (calculated) */
  85         unsigned long long c3;  /* per core */
  86         unsigned long long c6;  /* per core */
  87         unsigned long long c7;  /* per core */
  88         unsigned long long pc2; /* per package */
  89         unsigned long long pc3; /* per package */
  90         unsigned long long pc6; /* per package */
  91         unsigned long long pc7; /* per package */
  92         unsigned long long extra_msr;   /* per thread */
  93         int pkg;
  94         int core;
  95         int cpu;
  96         struct counters *next;
  97 };
  98
  99 struct counters *cnt_even;
 100 struct counters *cnt_odd;
 101 struct counters *cnt_delta;
 102 struct counters *cnt_average;
 103 struct timeval tv_even;
 104 struct timeval tv_odd;
 105 struct timeval tv_delta;
 106
 107 /*
 108  * cpu_mask_init(ncpus)
 109  *
 110  * allocate and clear cpu_mask
 111  * set cpu_mask_size
 112  */
 113 void cpu_mask_init(int ncpus)
 114 {
 115         cpu_mask = CPU_ALLOC(ncpus);
 116         if (cpu_mask == NULL) {
 117                 perror("CPU_ALLOC");
 118                 exit(3);
 119         }
 120         cpu_mask_size = CPU_ALLOC_SIZE(ncpus);
 121         CPU_ZERO_S(cpu_mask_size, cpu_mask);
 122 }
 123
 124 void cpu_mask_uninit()
 125 {
 126         CPU_FREE(cpu_mask);
 127         cpu_mask = NULL;
 128         cpu_mask_size = 0;
 129 }
 130
 131 int cpu_migrate(int cpu)
 132 {
 133         CPU_ZERO_S(cpu_mask_size, cpu_mask);
 134         CPU_SET_S(cpu, cpu_mask_size, cpu_mask);
 135         if (sched_setaffinity(0, cpu_mask_size, cpu_mask) == -1)
 136                 return -1;
 137         else
 138                 return 0;
 139 }
 140
 141 unsigned long long get_msr(int cpu, off_t offset)
 142 {
 143         ssize_t retval;
 144         unsigned long long msr;
 145         char pathname[32];
 146         int fd;
 147
 148         sprintf(pathname, "/dev/cpu/%d/msr", cpu);
 149         fd = open(pathname, O_RDONLY);
 150         if (fd < 0) {
 151                 perror(pathname);
 152                 need_reinitialize = 1;
 153                 return 0;
 154         }
 155
 156         retval = pread(fd, &msr, sizeof msr, offset);
 157         if (retval != sizeof msr) {
 158                 fprintf(stderr, "cpu%d pread(..., 0x%zx) = %jd\n",
 159                         cpu, offset, retval);
 160                 exit(-2);
 161         }
 162
 163         close(fd);
 164         return msr;
 165 }
 166
 167 void print_header(void)
 168 {
 169         if (show_pkg)
 170                 fprintf(stderr, "pk");
 171         if (show_pkg)
 172                 fprintf(stderr, " ");
 173         if (show_core)
 174                 fprintf(stderr, "cor");
 175         if (show_cpu)
 176                 fprintf(stderr, " CPU");
 177         if (show_pkg || show_core || show_cpu)
 178                 fprintf(stderr, " ");
 179         if (do_nhm_cstates)
 180                 fprintf(stderr, "   %%c0");
 181         if (has_aperf)
 182                 fprintf(stderr, "  GHz");
 183         fprintf(stderr, "  TSC");
 184         if (do_nhm_cstates)
 185                 fprintf(stderr, "    %%c1");
 186         if (do_nhm_cstates)
 187                 fprintf(stderr, "    %%c3");
 188         if (do_nhm_cstates)
 189                 fprintf(stderr, "    %%c6");
 190         if (do_snb_cstates)
 191                 fprintf(stderr, "    %%c7");
 192         if (do_snb_cstates)
 193                 fprintf(stderr, "   %%pc2");
 194         if (do_nhm_cstates)
 195                 fprintf(stderr, "   %%pc3");
 196         if (do_nhm_cstates)
 197                 fprintf(stderr, "   %%pc6");
 198         if (do_snb_cstates)
 199                 fprintf(stderr, "   %%pc7");
 200         if (extra_msr_offset)
 201                 fprintf(stderr, "        MSR 0x%x ", extra_msr_offset);
 202
 203         putc('\n', stderr);
 204 }
 205
 206 void dump_cnt(struct counters *cnt)
 207 {
 208         if (!cnt)
 209                 return;
 210         if (cnt->pkg) fprintf(stderr, "package: %d ", cnt->pkg);
 211         if (cnt->core) fprintf(stderr, "core:: %d ", cnt->core);
 212         if (cnt->cpu) fprintf(stderr, "CPU: %d ", cnt->cpu);
 213         if (cnt->tsc) fprintf(stderr, "TSC: %016llX\n", cnt->tsc);
 214         if (cnt->c3) fprintf(stderr, "c3: %016llX\n", cnt->c3);
 215         if (cnt->c6) fprintf(stderr, "c6: %016llX\n", cnt->c6);
 216         if (cnt->c7) fprintf(stderr, "c7: %016llX\n", cnt->c7);
 217         if (cnt->aperf) fprintf(stderr, "aperf: %016llX\n", cnt->aperf);
 218         if (cnt->pc2) fprintf(stderr, "pc2: %016llX\n", cnt->pc2);
 219         if (cnt->pc3) fprintf(stderr, "pc3: %016llX\n", cnt->pc3);
 220         if (cnt->pc6) fprintf(stderr, "pc6: %016llX\n", cnt->pc6);
 221         if (cnt->pc7) fprintf(stderr, "pc7: %016llX\n", cnt->pc7);
 222         if (cnt->extra_msr) fprintf(stderr, "msr0x%x: %016llX\n", extra_msr_offset, cnt->extra_msr);
 223 }
 224
 225 void dump_list(struct counters *cnt)
 226 {
 227         printf("dump_list 0x%p\n", cnt);
 228
 229         for (; cnt; cnt = cnt->next)
 230                 dump_cnt(cnt);
 231 }
 232
 233 /*
 234  * column formatting convention & formats
 235  * package: "pk" 2 columns %2d
 236  * core: "cor" 3 columns %3d
 237  * CPU: "CPU" 3 columns %3d
 238  * GHz: "GHz" 3 columns %3.2
 239  * TSC: "TSC" 3 columns %3.2
 240  * percentage " %pc3" %6.2
 241  */
 242 void print_cnt(struct counters *p)
 243 {
 244         double interval_float;
 245
 246         interval_float = tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0;
 247
 248         /* topology columns, print blanks on 1st (average) line */
 249         if (p == cnt_average) {
 250                 if (show_pkg)
 251                         fprintf(stderr, "  ");
 252                 if (show_pkg && show_core)
 253                         fprintf(stderr, " ");
 254                 if (show_core)
 255                         fprintf(stderr, "   ");
 256                 if (show_cpu)
 257                         fprintf(stderr, " " "   ");
 258         } else {
 259                 if (show_pkg)
 260                         fprintf(stderr, "%2d", p->pkg);
 261                 if (show_pkg && show_core)
 262                         fprintf(stderr, " ");
 263                 if (show_core)
 264                         fprintf(stderr, "%3d", p->core);
 265                 if (show_cpu)
 266                         fprintf(stderr, " %3d", p->cpu);
 267         }
 268
 269         /* %c0 */
 270         if (do_nhm_cstates) {
 271                 if (show_pkg || show_core || show_cpu)
 272                         fprintf(stderr, " ");
 273                 if (!skip_c0)
 274                         fprintf(stderr, "%6.2f", 100.0 * p->mperf/p->tsc);
 275                 else
 276                         fprintf(stderr, "  ****");
 277         }
 278
 279         /* GHz */
 280         if (has_aperf) {
 281                 if (!aperf_mperf_unstable) {
 282                         fprintf(stderr, " %3.2f",
 283                                 1.0 * p->tsc / units * p->aperf /
 284                                 p->mperf / interval_float);
 285                 } else {
 286                         if (p->aperf > p->tsc || p->mperf > p->tsc) {
 287                                 fprintf(stderr, " ***");
 288                         } else {
 289                                 fprintf(stderr, "%3.1f*",
 290                                         1.0 * p->tsc /
 291                                         units * p->aperf /
 292                                         p->mperf / interval_float);
 293                         }
 294                 }
 295         }
 296
 297         /* TSC */
 298         fprintf(stderr, "%5.2f", 1.0 * p->tsc/units/interval_float);
 299
 300         if (do_nhm_cstates) {
 301                 if (!skip_c1)
 302                         fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c1/p->tsc);
 303                 else
 304                         fprintf(stderr, "  ****");
 305         }
 306         if (do_nhm_cstates)
 307                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c3/p->tsc);
 308         if (do_nhm_cstates)
 309                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c6/p->tsc);
 310         if (do_snb_cstates)
 311                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c7/p->tsc);
 312         if (do_snb_cstates)
 313                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc2/p->tsc);
 314         if (do_nhm_cstates)
 315                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc3/p->tsc);
 316         if (do_nhm_cstates)
 317                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc6/p->tsc);
 318         if (do_snb_cstates)
 319                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc7/p->tsc);
 320         if (extra_msr_offset)
 321                 fprintf(stderr, "  0x%016llx", p->extra_msr);
 322         putc('\n', stderr);
 323 }
 324
 325 void print_counters(struct counters *counters)
 326 {
 327         struct counters *cnt;
 328         static int printed;
 329
 330
 331         if (!printed || !summary_only)
 332                 print_header();
 333
 334         if (num_cpus > 1)
 335                 print_cnt(cnt_average);
 336
 337         printed = 1;
 338
 339         if (summary_only)
 340                 return;
 341
 342         for (cnt = counters; cnt != NULL; cnt = cnt->next)
 343                 print_cnt(cnt);
 344
 345 }
 346
 347 #define SUBTRACT_COUNTER(after, before, delta) (delta = (after - before), (before > after))
 348
 349 int compute_delta(struct counters *after,
 350         struct counters *before, struct counters *delta)
 351 {
 352         int errors = 0;
 353         int perf_err = 0;
 354
 355         skip_c0 = skip_c1 = 0;
 356
 357         for ( ; after && before && delta;
 358                 after = after->next, before = before->next, delta = delta->next) {
 359                 if (before->cpu != after->cpu) {
 360                         printf("cpu configuration changed: %d != %d\n",
 361                                 before->cpu, after->cpu);
 362                         return -1;
 363                 }
 364
 365                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->tsc, before->tsc, delta->tsc)) {
 366                         fprintf(stderr, "cpu%d TSC went backwards %llX to %llX\n",
 367                                 before->cpu, before->tsc, after->tsc);
 368                         errors++;
 369                 }
 370                 /* check for TSC < 1 Mcycles over interval */
 371                 if (delta->tsc < (1000 * 1000)) {
 372                         fprintf(stderr, "Insanely slow TSC rate,"
 373                                 " TSC stops in idle?\n");
 374                         fprintf(stderr, "You can disable all c-states"
 375                                 " by booting with \"idle=poll\"\n");
 376                         fprintf(stderr, "or just the deep ones with"
 377                                 " \"processor.max_cstate=1\"\n");
 378                         exit(-3);
 379                 }
 380                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c3, before->c3, delta->c3)) {
 381                         fprintf(stderr, "cpu%d c3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 382                                 before->cpu, before->c3, after->c3);
 383                         errors++;
 384                 }
 385                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c6, before->c6, delta->c6)) {
 386                         fprintf(stderr, "cpu%d c6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 387                                 before->cpu, before->c6, after->c6);
 388                         errors++;
 389                 }
 390                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c7, before->c7, delta->c7)) {
 391                         fprintf(stderr, "cpu%d c7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 392                                 before->cpu, before->c7, after->c7);
 393                         errors++;
 394                 }
 395                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc2, before->pc2, delta->pc2)) {
 396                         fprintf(stderr, "cpu%d pc2 counter went backwards %llX to %llX\n",
 397                                 before->cpu, before->pc2, after->pc2);
 398                         errors++;
 399                 }
 400                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc3, before->pc3, delta->pc3)) {
 401                         fprintf(stderr, "cpu%d pc3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 402                                 before->cpu, before->pc3, after->pc3);
 403                         errors++;
 404                 }
 405                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc6, before->pc6, delta->pc6)) {
 406                         fprintf(stderr, "cpu%d pc6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 407                                 before->cpu, before->pc6, after->pc6);
 408                         errors++;
 409                 }
 410                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc7, before->pc7, delta->pc7)) {
 411                         fprintf(stderr, "cpu%d pc7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 412                                 before->cpu, before->pc7, after->pc7);
 413                         errors++;
 414                 }
 415
 416                 perf_err = SUBTRACT_COUNTER(after->aperf, before->aperf, delta->aperf);
 417                 if (perf_err) {
 418                         fprintf(stderr, "cpu%d aperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 419                                 before->cpu, before->aperf, after->aperf);
 420                 }
 421                 perf_err |= SUBTRACT_COUNTER(after->mperf, before->mperf, delta->mperf);
 422                 if (perf_err) {
 423                         fprintf(stderr, "cpu%d mperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 424                                 before->cpu, before->mperf, after->mperf);
 425                 }
 426                 if (perf_err) {
 427                         if (!aperf_mperf_unstable) {
 428                                 fprintf(stderr, "%s: APERF or MPERF went backwards *\n", progname);
 429                                 fprintf(stderr, "* Frequency results do not cover entire interval *\n");
 430                                 fprintf(stderr, "* fix this by running Linux-2.6.30 or later *\n");
 431
 432                                 aperf_mperf_unstable = 1;
 433                         }
 434                         /*
 435                          * mperf delta is likely a huge "positive" number
 436                          * can not use it for calculating c0 time
 437                          */
 438                         skip_c0 = 1;
 439                         skip_c1 = 1;
 440                 }
 441
 442                 /*
 443                  * As mperf and tsc collection are not atomic,
 444                  * it is possible for mperf's non-halted cycles
 445                  * to exceed TSC's all cycles: show c1 = 0% in that case.
 446                  */
 447                 if (delta->mperf > delta->tsc)
 448                         delta->c1 = 0;
 449                 else /* normal case, derive c1 */
 450                         delta->c1 = delta->tsc - delta->mperf
 451                                 - delta->c3 - delta->c6 - delta->c7;
 452
 453                 if (delta->mperf == 0)
 454                         delta->mperf = 1;       /* divide by 0 protection */
 455
 456                 /*
 457                  * for "extra msr", just copy the latest w/o subtracting
 458                  */
 459                 delta->extra_msr = after->extra_msr;
 460                 if (errors) {
 461                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d before:\n", before->cpu);
 462                         dump_cnt(before);
 463                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d after:\n", before->cpu);
 464                         dump_cnt(after);
 465                         errors = 0;
 466                 }
 467         }
 468         return 0;
 469 }
 470
 471 void compute_average(struct counters *delta, struct counters *avg)
 472 {
 473         struct counters *sum;
 474
 475         sum = calloc(1, sizeof(struct counters));
 476         if (sum == NULL) {
 477                 perror("calloc sum");
 478                 exit(1);
 479         }
 480
 481         for (; delta; delta = delta->next) {
 482                 sum->tsc += delta->tsc;
 483                 sum->c1 += delta->c1;
 484                 sum->c3 += delta->c3;
 485                 sum->c6 += delta->c6;
 486                 sum->c7 += delta->c7;
 487                 sum->aperf += delta->aperf;
 488                 sum->mperf += delta->mperf;
 489                 sum->pc2 += delta->pc2;
 490                 sum->pc3 += delta->pc3;
 491                 sum->pc6 += delta->pc6;
 492                 sum->pc7 += delta->pc7;
 493         }
 494         avg->tsc = sum->tsc/num_cpus;
 495         avg->c1 = sum->c1/num_cpus;
 496         avg->c3 = sum->c3/num_cpus;
 497         avg->c6 = sum->c6/num_cpus;
 498         avg->c7 = sum->c7/num_cpus;
 499         avg->aperf = sum->aperf/num_cpus;
 500         avg->mperf = sum->mperf/num_cpus;
 501         avg->pc2 = sum->pc2/num_cpus;
 502         avg->pc3 = sum->pc3/num_cpus;
 503         avg->pc6 = sum->pc6/num_cpus;
 504         avg->pc7 = sum->pc7/num_cpus;
 505
 506         free(sum);
 507 }
 508
 509 void get_counters(struct counters *cnt)
 510 {
 511         for ( ; cnt; cnt = cnt->next) {
 512                 if (cpu_migrate(cnt->cpu)) {
 513                         need_reinitialize = 1;
 514                         return;
 515                 }
 516
 517                 cnt->tsc = get_msr(cnt->cpu, MSR_TSC);
 518                 if (do_nhm_cstates)
 519                         cnt->c3 = get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C3_RESIDENCY);
 520                 if (do_nhm_cstates)
 521                         cnt->c6 = get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C6_RESIDENCY);
 522                 if (do_snb_cstates)
 523                         cnt->c7 = get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C7_RESIDENCY);
 524                 if (has_aperf)
 525                         cnt->aperf = get_msr(cnt->cpu, MSR_APERF);
 526                 if (has_aperf)
 527                         cnt->mperf = get_msr(cnt->cpu, MSR_MPERF);
 528                 if (do_snb_cstates)
 529                         cnt->pc2 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C2_RESIDENCY);
 530                 if (do_nhm_cstates)
 531                         cnt->pc3 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C3_RESIDENCY);
 532                 if (do_nhm_cstates)
 533                         cnt->pc6 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C6_RESIDENCY);
 534                 if (do_snb_cstates)
 535                         cnt->pc7 = get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C7_RESIDENCY);
 536                 if (extra_msr_offset)
 537                         cnt->extra_msr = get_msr(cnt->cpu, extra_msr_offset);
 538         }
 539 }
 540
 541 void print_nehalem_info(void)
 542 {
 543         unsigned long long msr;
 544         unsigned int ratio;
 545
 546         if (!do_nehalem_platform_info)
 547                 return;
 548
 549         msr = get_msr(0, MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO);
 550
 551         ratio = (msr >> 40) & 0xFF;
 552         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max efficiency\n",
 553                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 554
 555         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 556         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz TSC frequency\n",
 557                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 558
 559         if (verbose > 1)
 560                 fprintf(stderr, "MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO: 0x%llx\n", msr);
 561
 562         if (!do_nehalem_turbo_ratio_limit)
 563                 return;
 564
 565         msr = get_msr(0, MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT);
 566
 567         ratio = (msr >> 24) & 0xFF;
 568         if (ratio)
 569                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 4 active cores\n",
 570                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 571
 572         ratio = (msr >> 16) & 0xFF;
 573         if (ratio)
 574                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 3 active cores\n",
 575                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 576
 577         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 578         if (ratio)
 579                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 2 active cores\n",
 580                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 581
 582         ratio = (msr >> 0) & 0xFF;
 583         if (ratio)
 584                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 1 active cores\n",
 585                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 586
 587 }
 588
 589 void free_counter_list(struct counters *list)
 590 {
 591         struct counters *p;
 592
 593         for (p = list; p; ) {
 594                 struct counters *free_me;
 595
 596                 free_me = p;
 597                 p = p->next;
 598                 free(free_me);
 599         }
 600 }
 601
 602 void free_all_counters(void)
 603 {
 604         free_counter_list(cnt_even);
 605         cnt_even = NULL;
 606
 607         free_counter_list(cnt_odd);
 608         cnt_odd = NULL;
 609
 610         free_counter_list(cnt_delta);
 611         cnt_delta = NULL;
 612
 613         free_counter_list(cnt_average);
 614         cnt_average = NULL;
 615 }
 616
 617 void insert_counters(struct counters **list,
 618         struct counters *new)
 619 {
 620         struct counters *prev;
 621
 622         /*
 623          * list was empty
 624          */
 625         if (*list == NULL) {
 626                 new->next = *list;
 627                 *list = new;
 628                 return;
 629         }
 630
 631         if (!summary_only)
 632                 show_cpu = 1;   /* there is more than one CPU */
 633
 634         /*
 635          * insert on front of list.
 636          * It is sorted by ascending package#, core#, cpu#
 637          */
 638         if (((*list)->pkg > new->pkg) ||
 639             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core > new->core)) ||
 640             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core == new->core) && ((*list)->cpu > new->cpu))) {
 641                 new->next = *list;
 642                 *list = new;
 643                 return;
 644         }
 645
 646         prev = *list;
 647
 648         while (prev->next && (prev->next->pkg < new->pkg)) {
 649                 prev = prev->next;
 650                 if (!summary_only)
 651                         show_pkg = 1;   /* there is more than 1 package */
 652         }
 653
 654         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 655                 && (prev->next->core < new->core)) {
 656                 prev = prev->next;
 657                 if (!summary_only)
 658                         show_core = 1;  /* there is more than 1 core */
 659         }
 660
 661         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 662                 && (prev->next->core == new->core)
 663                 && (prev->next->cpu < new->cpu)) {
 664                 prev = prev->next;
 665         }
 666
 667         /*
 668          * insert after "prev"
 669          */
 670         new->next = prev->next;
 671         prev->next = new;
 672 }
 673
 674 void alloc_new_counters(int pkg, int core, int cpu)
 675 {
 676         struct counters *new;
 677
 678         if (verbose > 1)
 679                 printf("pkg%d core%d, cpu%d\n", pkg, core, cpu);
 680
 681         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 682         if (new == NULL) {
 683                 perror("calloc");
 684                 exit(1);
 685         }
 686         new->pkg = pkg;
 687         new->core = core;
 688         new->cpu = cpu;
 689         insert_counters(&cnt_odd, new);
 690
 691         new = (struct counters *)calloc(1,
 692                 sizeof(struct counters));
 693         if (new == NULL) {
 694                 perror("calloc");
 695                 exit(1);
 696         }
 697         new->pkg = pkg;
 698         new->core = core;
 699         new->cpu = cpu;
 700         insert_counters(&cnt_even, new);
 701
 702         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 703         if (new == NULL) {
 704                 perror("calloc");
 705                 exit(1);
 706         }
 707         new->pkg = pkg;
 708         new->core = core;
 709         new->cpu = cpu;
 710         insert_counters(&cnt_delta, new);
 711
 712         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 713         if (new == NULL) {
 714                 perror("calloc");
 715                 exit(1);
 716         }
 717         new->pkg = pkg;
 718         new->core = core;
 719         new->cpu = cpu;
 720         cnt_average = new;
 721 }
 722
 723 int get_physical_package_id(int cpu)
 724 {
 725         char path[64];
 726         FILE *filep;
 727         int pkg;
 728
 729         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/physical_package_id", cpu);
 730         filep = fopen(path, "r");
 731         if (filep == NULL) {
 732                 perror(path);
 733                 exit(1);
 734         }
 735         fscanf(filep, "%d", &pkg);
 736         fclose(filep);
 737         return pkg;
 738 }
 739
 740 int get_core_id(int cpu)
 741 {
 742         char path[64];
 743         FILE *filep;
 744         int core;
 745
 746         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/core_id", cpu);
 747         filep = fopen(path, "r");
 748         if (filep == NULL) {
 749                 perror(path);
 750                 exit(1);
 751         }
 752         fscanf(filep, "%d", &core);
 753         fclose(filep);
 754         return core;
 755 }
 756
 757 /*
 758  * run func(index, cpu) on every cpu in /proc/stat
 759  */
 760
 761 int for_all_cpus(void (func)(int, int, int))
 762 {
 763         FILE *fp;
 764         int cpu_count;
 765         int retval;
 766
 767         fp = fopen(proc_stat, "r");
 768         if (fp == NULL) {
 769                 perror(proc_stat);
 770                 exit(1);
 771         }
 772
 773         retval = fscanf(fp, "cpu %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n");
 774         if (retval != 0) {
 775                 perror("/proc/stat format");
 776                 exit(1);
 777         }
 778
 779         for (cpu_count = 0; ; cpu_count++) {
 780                 int cpu;
 781
 782                 retval = fscanf(fp, "cpu%u %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n", &cpu);
 783                 if (retval != 1)
 784                         break;
 785
 786                 func(get_physical_package_id(cpu), get_core_id(cpu), cpu);
 787         }
 788         fclose(fp);
 789         return cpu_count;
 790 }
 791
 792 void re_initialize(void)
 793 {
 794         printf("turbostat: topology changed, re-initializing.\n");
 795         free_all_counters();
 796         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
 797         need_reinitialize = 0;
 798         cpu_mask_uninit();
 799         cpu_mask_init(num_cpus);
 800         printf("num_cpus is now %d\n", num_cpus);
 801 }
 802
 803 void dummy(int pkg, int core, int cpu) { return; }
 804 /*
 805  * check to see if a cpu came on-line
 806  */
 807 void verify_num_cpus(void)
 808 {
 809         int new_num_cpus;
 810
 811         new_num_cpus = for_all_cpus(dummy);
 812
 813         if (new_num_cpus != num_cpus) {
 814                 if (verbose)
 815                         printf("num_cpus was %d, is now  %d\n",
 816                                 num_cpus, new_num_cpus);
 817                 need_reinitialize = 1;
 818         }
 819 }
 820
 821 void turbostat_loop()
 822 {
 823 restart:
 824         get_counters(cnt_even);
 825         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 826
 827         while (1) {
 828                 verify_num_cpus();
 829                 if (need_reinitialize) {
 830                         re_initialize();
 831                         goto restart;
 832                 }
 833                 sleep(interval_sec);
 834                 get_counters(cnt_odd);
 835                 gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
 836
 837                 compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
 838                 timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
 839                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 840                 print_counters(cnt_delta);
 841                 if (need_reinitialize) {
 842                         re_initialize();
 843                         goto restart;
 844                 }
 845                 sleep(interval_sec);
 846                 get_counters(cnt_even);
 847                 gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 848                 compute_delta(cnt_even, cnt_odd, cnt_delta);
 849                 timersub(&tv_even, &tv_odd, &tv_delta);
 850                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 851                 print_counters(cnt_delta);
 852         }
 853 }
 854
 855 void check_dev_msr()
 856 {
 857         struct stat sb;
 858
 859         if (stat("/dev/cpu/0/msr", &sb)) {
 860                 fprintf(stderr, "no /dev/cpu/0/msr\n");
 861                 fprintf(stderr, "Try \"# modprobe msr\"\n");
 862                 exit(-5);
 863         }
 864 }
 865
 866 void check_super_user()
 867 {
 868         if (getuid() != 0) {
 869                 fprintf(stderr, "must be root\n");
 870                 exit(-6);
 871         }
 872 }
 873
 874 int has_nehalem_turbo_ratio_limit(unsigned int family, unsigned int model)
 875 {
 876         if (!genuine_intel)
 877                 return 0;
 878
 879         if (family != 6)
 880                 return 0;
 881
 882         switch (model) {
 883         case 0x1A:      /* Core i7, Xeon 5500 series - Bloomfield, Gainstown NHM-EP */
 884         case 0x1E:      /* Core i7 and i5 Processor - Clarksfield, Lynnfield, Jasper Forest */
 885         case 0x1F:      /* Core i7 and i5 Processor - Nehalem */
 886         case 0x25:      /* Westmere Client - Clarkdale, Arrandale */
 887         case 0x2C:      /* Westmere EP - Gulftown */
 888         case 0x2A:      /* SNB */
 889         case 0x2D:      /* SNB Xeon */
 890         case 0x3A:      /* IVB */
 891         case 0x3D:      /* IVB Xeon */
 892                 return 1;
 893         case 0x2E:      /* Nehalem-EX Xeon - Beckton */
 894         case 0x2F:      /* Westmere-EX Xeon - Eagleton */
 895         default:
 896                 return 0;
 897         }
 898 }
 899
 900 int is_snb(unsigned int family, unsigned int model)
 901 {
 902         if (!genuine_intel)
 903                 return 0;
 904
 905         switch (model) {
 906         case 0x2A:
 907         case 0x2D:
 908                 return 1;
 909         }
 910         return 0;
 911 }
 912
 913 double discover_bclk(unsigned int family, unsigned int model)
 914 {
 915         if (is_snb(family, model))
 916                 return 100.00;
 917         else
 918                 return 133.33;
 919 }
 920
 921 void check_cpuid()
 922 {
 923         unsigned int eax, ebx, ecx, edx, max_level;
 924         unsigned int fms, family, model, stepping;
 925
 926         eax = ebx = ecx = edx = 0;
 927
 928         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0));
 929
 930         if (ebx == 0x756e6547 && edx == 0x49656e69 && ecx == 0x6c65746e)
 931                 genuine_intel = 1;
 932
 933         if (verbose)
 934                 fprintf(stderr, "%.4s%.4s%.4s ",
 935                         (char *)&ebx, (char *)&edx, (char *)&ecx);
 936
 937         asm("cpuid" : "=a" (fms), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (1) : "ebx");
 938         family = (fms >> 8) & 0xf;
 939         model = (fms >> 4) & 0xf;
 940         stepping = fms & 0xf;
 941         if (family == 6 || family == 0xf)
 942                 model += ((fms >> 16) & 0xf) << 4;
 943
 944         if (verbose)
 945                 fprintf(stderr, "%d CPUID levels; family:model:stepping 0x%x:%x:%x (%d:%d:%d)\n",
 946                         max_level, family, model, stepping, family, model, stepping);
 947
 948         if (!(edx & (1 << 5))) {
 949                 fprintf(stderr, "CPUID: no MSR\n");
 950                 exit(1);
 951         }
 952
 953         /*
 954          * check max extended function levels of CPUID.
 955          * This is needed to check for invariant TSC.
 956          * This check is valid for both Intel and AMD.
 957          */
 958         ebx = ecx = edx = 0;
 959         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000000));
 960
 961         if (max_level < 0x80000007) {
 962                 fprintf(stderr, "CPUID: no invariant TSC (max_level 0x%x)\n", max_level);
 963                 exit(1);
 964         }
 965
 966         /*
 967          * Non-Stop TSC is advertised by CPUID.EAX=0x80000007: EDX.bit8
 968          * this check is valid for both Intel and AMD
 969          */
 970         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000007));
 971         has_invariant_tsc = edx & (1 << 8);
 972
 973         if (!has_invariant_tsc) {
 974                 fprintf(stderr, "No invariant TSC\n");
 975                 exit(1);
 976         }
 977
 978         /*
 979          * APERF/MPERF is advertised by CPUID.EAX=0x6: ECX.bit0
 980          * this check is valid for both Intel and AMD
 981          */
 982
 983         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x6));
 984         has_aperf = ecx & (1 << 0);
 985         if (!has_aperf) {
 986                 fprintf(stderr, "No APERF MSR\n");
 987                 exit(1);
 988         }
 989
 990         do_nehalem_platform_info = genuine_intel && has_invariant_tsc;
 991         do_nhm_cstates = genuine_intel; /* all Intel w/ non-stop TSC have NHM counters */
 992         do_snb_cstates = is_snb(family, model);
 993         bclk = discover_bclk(family, model);
 994
 995         do_nehalem_turbo_ratio_limit = has_nehalem_turbo_ratio_limit(family, model);
 996 }
 997
 998
 999 void usage()
1000 {
1001         fprintf(stderr, "%s: [-v] [-M MSR#] [-i interval_sec | command ...]\n",
1002                 progname);
1003         exit(1);
1004 }
1005
1006
1007 /*
1008  * in /dev/cpu/ return success for names that are numbers
1009  * ie. filter out ".", "..", "microcode".
1010  */
1011 int dir_filter(const struct dirent *dirp)
1012 {
1013         if (isdigit(dirp->d_name[0]))
1014                 return 1;
1015         else
1016                 return 0;
1017 }
1018
1019 int open_dev_cpu_msr(int dummy1)
1020 {
1021         return 0;
1022 }
1023
1024 void turbostat_init()
1025 {
1026         check_cpuid();
1027
1028         check_dev_msr();
1029         check_super_user();
1030
1031         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
1032         cpu_mask_init(num_cpus);
1033
1034         if (verbose)
1035                 print_nehalem_info();
1036 }
1037
1038 int fork_it(char **argv)
1039 {
1040         int retval;
1041         pid_t child_pid;
1042         get_counters(cnt_even);
1043         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
1044
1045         child_pid = fork();
1046         if (!child_pid) {
1047                 /* child */
1048                 execvp(argv[0], argv);
1049         } else {
1050                 int status;
1051
1052                 /* parent */
1053                 if (child_pid == -1) {
1054                         perror("fork");
1055                         exit(1);
1056                 }
1057
1058                 signal(SIGINT, SIG_IGN);
1059                 signal(SIGQUIT, SIG_IGN);
1060                 if (waitpid(child_pid, &status, 0) == -1) {
1061                         perror("wait");
1062                         exit(1);
1063                 }
1064         }
1065         get_counters(cnt_odd);
1066         gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
1067         retval = compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
1068
1069         timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
1070         compute_average(cnt_delta, cnt_average);
1071         if (!retval)
1072                 print_counters(cnt_delta);
1073
1074         fprintf(stderr, "%.6f sec\n", tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0);
1075
1076         return 0;
1077 }
1078
1079 void cmdline(int argc, char **argv)
1080 {
1081         int opt;
1082
1083         progname = argv[0];
1084
1085         while ((opt = getopt(argc, argv, "+svi:M:")) != -1) {
1086                 switch (opt) {
1087                 case 's':
1088                         summary_only++;
1089                         break;
1090                 case 'v':
1091                         verbose++;
1092                         break;
1093                 case 'i':
1094                         interval_sec = atoi(optarg);
1095                         break;
1096                 case 'M':
1097                         sscanf(optarg, "%x", &extra_msr_offset);
1098                         if (verbose > 1)
1099                                 fprintf(stderr, "MSR 0x%X\n", extra_msr_offset);
1100                         break;
1101                 default:
1102                         usage();
1103                 }
1104         }
1105 }
1106
1107 int main(int argc, char **argv)
1108 {
1109         cmdline(argc, argv);
1110
1111         if (verbose > 1)
1112                 fprintf(stderr, "turbostat Dec 6, 2010"
1113                         " - Len Brown <lenb@kernel.org>\n");
1114         if (verbose > 1)
1115                 fprintf(stderr, "http://userweb.kernel.org/~lenb/acpi/utils/pmtools/turbostat/\n");
1116
1117         turbostat_init();
1118
1119         /*
1120          * if any params left, it must be a command to fork
1121          */
1122         if (argc - optind)
1123                 return fork_it(argv + optind);
1124         else
1125                 turbostat_loop();
1126
1127         return 0;
1128 }