Pileus Git - ~andy/linux/blob - 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
  75 int num_cpus;
  76 cpu_set_t *cpu_present_set, *cpu_mask;
  77 size_t cpu_present_setsize, cpu_mask_size;
  78
  79 struct counters {
  80         unsigned long long tsc;         /* per thread */
  81         unsigned long long aperf;       /* per thread */
  82         unsigned long long mperf;       /* per thread */
  83         unsigned long long c1;  /* per thread (calculated) */
  84         unsigned long long c3;  /* per core */
  85         unsigned long long c6;  /* per core */
  86         unsigned long long c7;  /* per core */
  87         unsigned long long pc2; /* per package */
  88         unsigned long long pc3; /* per package */
  89         unsigned long long pc6; /* per package */
  90         unsigned long long pc7; /* per package */
  91         unsigned long long extra_msr;   /* per thread */
  92         int pkg;
  93         int core;
  94         int cpu;
  95         struct counters *next;
  96 };
  97
  98 struct counters *cnt_even;
  99 struct counters *cnt_odd;
 100 struct counters *cnt_delta;
 101 struct counters *cnt_average;
 102 struct timeval tv_even;
 103 struct timeval tv_odd;
 104 struct timeval tv_delta;
 105
 106 int mark_cpu_present(int pkg, int core, int cpu)
 107 {
 108         CPU_SET_S(cpu, cpu_present_setsize, cpu_present_set);
 109         return 0;
 110 }
 111
 112 /*
 113  * cpu_mask_init(ncpus)
 114  *
 115  * allocate and clear cpu_mask
 116  * set cpu_mask_size
 117  */
 118 void cpu_mask_init(int ncpus)
 119 {
 120         cpu_mask = CPU_ALLOC(ncpus);
 121         if (cpu_mask == NULL) {
 122                 perror("CPU_ALLOC");
 123                 exit(3);
 124         }
 125         cpu_mask_size = CPU_ALLOC_SIZE(ncpus);
 126         CPU_ZERO_S(cpu_mask_size, cpu_mask);
 127
 128         /*
 129          * Allocate and initialize cpu_present_set
 130          */
 131         cpu_present_set = CPU_ALLOC(ncpus);
 132         if (cpu_present_set == NULL) {
 133                 perror("CPU_ALLOC");
 134                 exit(3);
 135         }
 136         cpu_present_setsize = CPU_ALLOC_SIZE(ncpus);
 137         CPU_ZERO_S(cpu_present_setsize, cpu_present_set);
 138         for_all_cpus(mark_cpu_present);
 139 }
 140
 141 void cpu_mask_uninit()
 142 {
 143         CPU_FREE(cpu_mask);
 144         cpu_mask = NULL;
 145         cpu_mask_size = 0;
 146         CPU_FREE(cpu_present_set);
 147         cpu_present_set = NULL;
 148         cpu_present_setsize = 0;
 149 }
 150
 151 int cpu_migrate(int cpu)
 152 {
 153         CPU_ZERO_S(cpu_mask_size, cpu_mask);
 154         CPU_SET_S(cpu, cpu_mask_size, cpu_mask);
 155         if (sched_setaffinity(0, cpu_mask_size, cpu_mask) == -1)
 156                 return -1;
 157         else
 158                 return 0;
 159 }
 160
 161 int get_msr(int cpu, off_t offset, unsigned long long *msr)
 162 {
 163         ssize_t retval;
 164         char pathname[32];
 165         int fd;
 166
 167         sprintf(pathname, "/dev/cpu/%d/msr", cpu);
 168         fd = open(pathname, O_RDONLY);
 169         if (fd < 0)
 170                 return -1;
 171
 172         retval = pread(fd, msr, sizeof *msr, offset);
 173         close(fd);
 174
 175         if (retval != sizeof *msr)
 176                 return -1;
 177
 178         return 0;
 179 }
 180
 181 void print_header(void)
 182 {
 183         if (show_pkg)
 184                 fprintf(stderr, "pk");
 185         if (show_pkg)
 186                 fprintf(stderr, " ");
 187         if (show_core)
 188                 fprintf(stderr, "cor");
 189         if (show_cpu)
 190                 fprintf(stderr, " CPU");
 191         if (show_pkg || show_core || show_cpu)
 192                 fprintf(stderr, " ");
 193         if (do_nhm_cstates)
 194                 fprintf(stderr, "   %%c0");
 195         if (has_aperf)
 196                 fprintf(stderr, "  GHz");
 197         fprintf(stderr, "  TSC");
 198         if (do_nhm_cstates)
 199                 fprintf(stderr, "    %%c1");
 200         if (do_nhm_cstates)
 201                 fprintf(stderr, "    %%c3");
 202         if (do_nhm_cstates)
 203                 fprintf(stderr, "    %%c6");
 204         if (do_snb_cstates)
 205                 fprintf(stderr, "    %%c7");
 206         if (do_snb_cstates)
 207                 fprintf(stderr, "   %%pc2");
 208         if (do_nhm_cstates)
 209                 fprintf(stderr, "   %%pc3");
 210         if (do_nhm_cstates)
 211                 fprintf(stderr, "   %%pc6");
 212         if (do_snb_cstates)
 213                 fprintf(stderr, "   %%pc7");
 214         if (extra_msr_offset)
 215                 fprintf(stderr, "        MSR 0x%x ", extra_msr_offset);
 216
 217         putc('\n', stderr);
 218 }
 219
 220 void dump_cnt(struct counters *cnt)
 221 {
 222         if (!cnt)
 223                 return;
 224         if (cnt->pkg) fprintf(stderr, "package: %d ", cnt->pkg);
 225         if (cnt->core) fprintf(stderr, "core:: %d ", cnt->core);
 226         if (cnt->cpu) fprintf(stderr, "CPU: %d ", cnt->cpu);
 227         if (cnt->tsc) fprintf(stderr, "TSC: %016llX\n", cnt->tsc);
 228         if (cnt->c3) fprintf(stderr, "c3: %016llX\n", cnt->c3);
 229         if (cnt->c6) fprintf(stderr, "c6: %016llX\n", cnt->c6);
 230         if (cnt->c7) fprintf(stderr, "c7: %016llX\n", cnt->c7);
 231         if (cnt->aperf) fprintf(stderr, "aperf: %016llX\n", cnt->aperf);
 232         if (cnt->pc2) fprintf(stderr, "pc2: %016llX\n", cnt->pc2);
 233         if (cnt->pc3) fprintf(stderr, "pc3: %016llX\n", cnt->pc3);
 234         if (cnt->pc6) fprintf(stderr, "pc6: %016llX\n", cnt->pc6);
 235         if (cnt->pc7) fprintf(stderr, "pc7: %016llX\n", cnt->pc7);
 236         if (cnt->extra_msr) fprintf(stderr, "msr0x%x: %016llX\n", extra_msr_offset, cnt->extra_msr);
 237 }
 238
 239 void dump_list(struct counters *cnt)
 240 {
 241         printf("dump_list 0x%p\n", cnt);
 242
 243         for (; cnt; cnt = cnt->next)
 244                 dump_cnt(cnt);
 245 }
 246
 247 /*
 248  * column formatting convention & formats
 249  * package: "pk" 2 columns %2d
 250  * core: "cor" 3 columns %3d
 251  * CPU: "CPU" 3 columns %3d
 252  * GHz: "GHz" 3 columns %3.2
 253  * TSC: "TSC" 3 columns %3.2
 254  * percentage " %pc3" %6.2
 255  */
 256 void print_cnt(struct counters *p)
 257 {
 258         double interval_float;
 259
 260         interval_float = tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0;
 261
 262         /* topology columns, print blanks on 1st (average) line */
 263         if (p == cnt_average) {
 264                 if (show_pkg)
 265                         fprintf(stderr, "  ");
 266                 if (show_pkg && show_core)
 267                         fprintf(stderr, " ");
 268                 if (show_core)
 269                         fprintf(stderr, "   ");
 270                 if (show_cpu)
 271                         fprintf(stderr, " " "   ");
 272         } else {
 273                 if (show_pkg)
 274                         fprintf(stderr, "%2d", p->pkg);
 275                 if (show_pkg && show_core)
 276                         fprintf(stderr, " ");
 277                 if (show_core)
 278                         fprintf(stderr, "%3d", p->core);
 279                 if (show_cpu)
 280                         fprintf(stderr, " %3d", p->cpu);
 281         }
 282
 283         /* %c0 */
 284         if (do_nhm_cstates) {
 285                 if (show_pkg || show_core || show_cpu)
 286                         fprintf(stderr, " ");
 287                 if (!skip_c0)
 288                         fprintf(stderr, "%6.2f", 100.0 * p->mperf/p->tsc);
 289                 else
 290                         fprintf(stderr, "  ****");
 291         }
 292
 293         /* GHz */
 294         if (has_aperf) {
 295                 if (!aperf_mperf_unstable) {
 296                         fprintf(stderr, " %3.2f",
 297                                 1.0 * p->tsc / units * p->aperf /
 298                                 p->mperf / interval_float);
 299                 } else {
 300                         if (p->aperf > p->tsc || p->mperf > p->tsc) {
 301                                 fprintf(stderr, " ***");
 302                         } else {
 303                                 fprintf(stderr, "%3.1f*",
 304                                         1.0 * p->tsc /
 305                                         units * p->aperf /
 306                                         p->mperf / interval_float);
 307                         }
 308                 }
 309         }
 310
 311         /* TSC */
 312         fprintf(stderr, "%5.2f", 1.0 * p->tsc/units/interval_float);
 313
 314         if (do_nhm_cstates) {
 315                 if (!skip_c1)
 316                         fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c1/p->tsc);
 317                 else
 318                         fprintf(stderr, "  ****");
 319         }
 320         if (do_nhm_cstates)
 321                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c3/p->tsc);
 322         if (do_nhm_cstates)
 323                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c6/p->tsc);
 324         if (do_snb_cstates)
 325                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->c7/p->tsc);
 326         if (do_snb_cstates)
 327                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc2/p->tsc);
 328         if (do_nhm_cstates)
 329                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc3/p->tsc);
 330         if (do_nhm_cstates)
 331                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc6/p->tsc);
 332         if (do_snb_cstates)
 333                 fprintf(stderr, " %6.2f", 100.0 * p->pc7/p->tsc);
 334         if (extra_msr_offset)
 335                 fprintf(stderr, "  0x%016llx", p->extra_msr);
 336         putc('\n', stderr);
 337 }
 338
 339 void print_counters(struct counters *counters)
 340 {
 341         struct counters *cnt;
 342         static int printed;
 343
 344
 345         if (!printed || !summary_only)
 346                 print_header();
 347
 348         if (num_cpus > 1)
 349                 print_cnt(cnt_average);
 350
 351         printed = 1;
 352
 353         if (summary_only)
 354                 return;
 355
 356         for (cnt = counters; cnt != NULL; cnt = cnt->next)
 357                 print_cnt(cnt);
 358
 359 }
 360
 361 #define SUBTRACT_COUNTER(after, before, delta) (delta = (after - before), (before > after))
 362
 363 int compute_delta(struct counters *after,
 364         struct counters *before, struct counters *delta)
 365 {
 366         int errors = 0;
 367         int perf_err = 0;
 368
 369         skip_c0 = skip_c1 = 0;
 370
 371         for ( ; after && before && delta;
 372                 after = after->next, before = before->next, delta = delta->next) {
 373                 if (before->cpu != after->cpu) {
 374                         printf("cpu configuration changed: %d != %d\n",
 375                                 before->cpu, after->cpu);
 376                         return -1;
 377                 }
 378
 379                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->tsc, before->tsc, delta->tsc)) {
 380                         fprintf(stderr, "cpu%d TSC went backwards %llX to %llX\n",
 381                                 before->cpu, before->tsc, after->tsc);
 382                         errors++;
 383                 }
 384                 /* check for TSC < 1 Mcycles over interval */
 385                 if (delta->tsc < (1000 * 1000)) {
 386                         fprintf(stderr, "Insanely slow TSC rate,"
 387                                 " TSC stops in idle?\n");
 388                         fprintf(stderr, "You can disable all c-states"
 389                                 " by booting with \"idle=poll\"\n");
 390                         fprintf(stderr, "or just the deep ones with"
 391                                 " \"processor.max_cstate=1\"\n");
 392                         exit(-3);
 393                 }
 394                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c3, before->c3, delta->c3)) {
 395                         fprintf(stderr, "cpu%d c3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 396                                 before->cpu, before->c3, after->c3);
 397                         errors++;
 398                 }
 399                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c6, before->c6, delta->c6)) {
 400                         fprintf(stderr, "cpu%d c6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 401                                 before->cpu, before->c6, after->c6);
 402                         errors++;
 403                 }
 404                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->c7, before->c7, delta->c7)) {
 405                         fprintf(stderr, "cpu%d c7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 406                                 before->cpu, before->c7, after->c7);
 407                         errors++;
 408                 }
 409                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc2, before->pc2, delta->pc2)) {
 410                         fprintf(stderr, "cpu%d pc2 counter went backwards %llX to %llX\n",
 411                                 before->cpu, before->pc2, after->pc2);
 412                         errors++;
 413                 }
 414                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc3, before->pc3, delta->pc3)) {
 415                         fprintf(stderr, "cpu%d pc3 counter went backwards %llX to %llX\n",
 416                                 before->cpu, before->pc3, after->pc3);
 417                         errors++;
 418                 }
 419                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc6, before->pc6, delta->pc6)) {
 420                         fprintf(stderr, "cpu%d pc6 counter went backwards %llX to %llX\n",
 421                                 before->cpu, before->pc6, after->pc6);
 422                         errors++;
 423                 }
 424                 if (SUBTRACT_COUNTER(after->pc7, before->pc7, delta->pc7)) {
 425                         fprintf(stderr, "cpu%d pc7 counter went backwards %llX to %llX\n",
 426                                 before->cpu, before->pc7, after->pc7);
 427                         errors++;
 428                 }
 429
 430                 perf_err = SUBTRACT_COUNTER(after->aperf, before->aperf, delta->aperf);
 431                 if (perf_err) {
 432                         fprintf(stderr, "cpu%d aperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 433                                 before->cpu, before->aperf, after->aperf);
 434                 }
 435                 perf_err |= SUBTRACT_COUNTER(after->mperf, before->mperf, delta->mperf);
 436                 if (perf_err) {
 437                         fprintf(stderr, "cpu%d mperf counter went backwards %llX to %llX\n",
 438                                 before->cpu, before->mperf, after->mperf);
 439                 }
 440                 if (perf_err) {
 441                         if (!aperf_mperf_unstable) {
 442                                 fprintf(stderr, "%s: APERF or MPERF went backwards *\n", progname);
 443                                 fprintf(stderr, "* Frequency results do not cover entire interval *\n");
 444                                 fprintf(stderr, "* fix this by running Linux-2.6.30 or later *\n");
 445
 446                                 aperf_mperf_unstable = 1;
 447                         }
 448                         /*
 449                          * mperf delta is likely a huge "positive" number
 450                          * can not use it for calculating c0 time
 451                          */
 452                         skip_c0 = 1;
 453                         skip_c1 = 1;
 454                 }
 455
 456                 /*
 457                  * As mperf and tsc collection are not atomic,
 458                  * it is possible for mperf's non-halted cycles
 459                  * to exceed TSC's all cycles: show c1 = 0% in that case.
 460                  */
 461                 if (delta->mperf > delta->tsc)
 462                         delta->c1 = 0;
 463                 else /* normal case, derive c1 */
 464                         delta->c1 = delta->tsc - delta->mperf
 465                                 - delta->c3 - delta->c6 - delta->c7;
 466
 467                 if (delta->mperf == 0)
 468                         delta->mperf = 1;       /* divide by 0 protection */
 469
 470                 /*
 471                  * for "extra msr", just copy the latest w/o subtracting
 472                  */
 473                 delta->extra_msr = after->extra_msr;
 474                 if (errors) {
 475                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d before:\n", before->cpu);
 476                         dump_cnt(before);
 477                         fprintf(stderr, "ERROR cpu%d after:\n", before->cpu);
 478                         dump_cnt(after);
 479                         errors = 0;
 480                 }
 481         }
 482         return 0;
 483 }
 484
 485 void compute_average(struct counters *delta, struct counters *avg)
 486 {
 487         struct counters *sum;
 488
 489         sum = calloc(1, sizeof(struct counters));
 490         if (sum == NULL) {
 491                 perror("calloc sum");
 492                 exit(1);
 493         }
 494
 495         for (; delta; delta = delta->next) {
 496                 sum->tsc += delta->tsc;
 497                 sum->c1 += delta->c1;
 498                 sum->c3 += delta->c3;
 499                 sum->c6 += delta->c6;
 500                 sum->c7 += delta->c7;
 501                 sum->aperf += delta->aperf;
 502                 sum->mperf += delta->mperf;
 503                 sum->pc2 += delta->pc2;
 504                 sum->pc3 += delta->pc3;
 505                 sum->pc6 += delta->pc6;
 506                 sum->pc7 += delta->pc7;
 507         }
 508         avg->tsc = sum->tsc/num_cpus;
 509         avg->c1 = sum->c1/num_cpus;
 510         avg->c3 = sum->c3/num_cpus;
 511         avg->c6 = sum->c6/num_cpus;
 512         avg->c7 = sum->c7/num_cpus;
 513         avg->aperf = sum->aperf/num_cpus;
 514         avg->mperf = sum->mperf/num_cpus;
 515         avg->pc2 = sum->pc2/num_cpus;
 516         avg->pc3 = sum->pc3/num_cpus;
 517         avg->pc6 = sum->pc6/num_cpus;
 518         avg->pc7 = sum->pc7/num_cpus;
 519
 520         free(sum);
 521 }
 522
 523 int get_counters(struct counters *cnt)
 524 {
 525         for ( ; cnt; cnt = cnt->next) {
 526
 527                 if (cpu_migrate(cnt->cpu))
 528                         return -1;
 529
 530                 if (get_msr(cnt->cpu, MSR_TSC, &cnt->tsc))
 531                         return -1;
 532
 533                 if (has_aperf) {
 534                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_APERF, &cnt->aperf))
 535                                 return -1;
 536                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_MPERF, &cnt->mperf))
 537                                 return -1;
 538                 }
 539
 540                 if (do_nhm_cstates) {
 541                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C3_RESIDENCY, &cnt->c3))
 542                                 return -1;
 543                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C6_RESIDENCY, &cnt->c6))
 544                                 return -1;
 545                 }
 546
 547                 if (do_snb_cstates)
 548                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_CORE_C7_RESIDENCY, &cnt->c7))
 549                                 return -1;
 550
 551                 if (do_nhm_cstates) {
 552                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C3_RESIDENCY, &cnt->pc3))
 553                                 return -1;
 554                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C6_RESIDENCY, &cnt->pc6))
 555                                 return -1;
 556                 }
 557                 if (do_snb_cstates) {
 558                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C2_RESIDENCY, &cnt->pc2))
 559                                 return -1;
 560                         if (get_msr(cnt->cpu, MSR_PKG_C7_RESIDENCY, &cnt->pc7))
 561                                 return -1;
 562                 }
 563                 if (extra_msr_offset)
 564                         if (get_msr(cnt->cpu, extra_msr_offset, &cnt->extra_msr))
 565                                 return -1;
 566         }
 567         return 0;
 568 }
 569
 570 void print_nehalem_info(void)
 571 {
 572         unsigned long long msr;
 573         unsigned int ratio;
 574
 575         if (!do_nehalem_platform_info)
 576                 return;
 577
 578         get_msr(0, MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO, &msr);
 579
 580         ratio = (msr >> 40) & 0xFF;
 581         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max efficiency\n",
 582                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 583
 584         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 585         fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz TSC frequency\n",
 586                 ratio, bclk, ratio * bclk);
 587
 588         if (verbose > 1)
 589                 fprintf(stderr, "MSR_NEHALEM_PLATFORM_INFO: 0x%llx\n", msr);
 590
 591         if (!do_nehalem_turbo_ratio_limit)
 592                 return;
 593
 594         get_msr(0, MSR_NEHALEM_TURBO_RATIO_LIMIT, &msr);
 595
 596         ratio = (msr >> 24) & 0xFF;
 597         if (ratio)
 598                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 4 active cores\n",
 599                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 600
 601         ratio = (msr >> 16) & 0xFF;
 602         if (ratio)
 603                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 3 active cores\n",
 604                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 605
 606         ratio = (msr >> 8) & 0xFF;
 607         if (ratio)
 608                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 2 active cores\n",
 609                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 610
 611         ratio = (msr >> 0) & 0xFF;
 612         if (ratio)
 613                 fprintf(stderr, "%d * %.0f = %.0f MHz max turbo 1 active cores\n",
 614                         ratio, bclk, ratio * bclk);
 615
 616 }
 617
 618 void free_counter_list(struct counters *list)
 619 {
 620         struct counters *p;
 621
 622         for (p = list; p; ) {
 623                 struct counters *free_me;
 624
 625                 free_me = p;
 626                 p = p->next;
 627                 free(free_me);
 628         }
 629 }
 630
 631 void free_all_counters(void)
 632 {
 633         free_counter_list(cnt_even);
 634         cnt_even = NULL;
 635
 636         free_counter_list(cnt_odd);
 637         cnt_odd = NULL;
 638
 639         free_counter_list(cnt_delta);
 640         cnt_delta = NULL;
 641
 642         free_counter_list(cnt_average);
 643         cnt_average = NULL;
 644 }
 645
 646 void insert_counters(struct counters **list,
 647         struct counters *new)
 648 {
 649         struct counters *prev;
 650
 651         /*
 652          * list was empty
 653          */
 654         if (*list == NULL) {
 655                 new->next = *list;
 656                 *list = new;
 657                 return;
 658         }
 659
 660         if (!summary_only)
 661                 show_cpu = 1;   /* there is more than one CPU */
 662
 663         /*
 664          * insert on front of list.
 665          * It is sorted by ascending package#, core#, cpu#
 666          */
 667         if (((*list)->pkg > new->pkg) ||
 668             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core > new->core)) ||
 669             (((*list)->pkg == new->pkg) && ((*list)->core == new->core) && ((*list)->cpu > new->cpu))) {
 670                 new->next = *list;
 671                 *list = new;
 672                 return;
 673         }
 674
 675         prev = *list;
 676
 677         while (prev->next && (prev->next->pkg < new->pkg)) {
 678                 prev = prev->next;
 679                 if (!summary_only)
 680                         show_pkg = 1;   /* there is more than 1 package */
 681         }
 682
 683         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 684                 && (prev->next->core < new->core)) {
 685                 prev = prev->next;
 686                 if (!summary_only)
 687                         show_core = 1;  /* there is more than 1 core */
 688         }
 689
 690         while (prev->next && (prev->next->pkg == new->pkg)
 691                 && (prev->next->core == new->core)
 692                 && (prev->next->cpu < new->cpu)) {
 693                 prev = prev->next;
 694         }
 695
 696         /*
 697          * insert after "prev"
 698          */
 699         new->next = prev->next;
 700         prev->next = new;
 701 }
 702
 703 void alloc_new_counters(int pkg, int core, int cpu)
 704 {
 705         struct counters *new;
 706
 707         if (verbose > 1)
 708                 printf("pkg%d core%d, cpu%d\n", pkg, core, cpu);
 709
 710         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 711         if (new == NULL) {
 712                 perror("calloc");
 713                 exit(1);
 714         }
 715         new->pkg = pkg;
 716         new->core = core;
 717         new->cpu = cpu;
 718         insert_counters(&cnt_odd, new);
 719
 720         new = (struct counters *)calloc(1,
 721                 sizeof(struct counters));
 722         if (new == NULL) {
 723                 perror("calloc");
 724                 exit(1);
 725         }
 726         new->pkg = pkg;
 727         new->core = core;
 728         new->cpu = cpu;
 729         insert_counters(&cnt_even, new);
 730
 731         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 732         if (new == NULL) {
 733                 perror("calloc");
 734                 exit(1);
 735         }
 736         new->pkg = pkg;
 737         new->core = core;
 738         new->cpu = cpu;
 739         insert_counters(&cnt_delta, new);
 740
 741         new = (struct counters *)calloc(1, sizeof(struct counters));
 742         if (new == NULL) {
 743                 perror("calloc");
 744                 exit(1);
 745         }
 746         new->pkg = pkg;
 747         new->core = core;
 748         new->cpu = cpu;
 749         cnt_average = new;
 750 }
 751
 752 int get_physical_package_id(int cpu)
 753 {
 754         char path[64];
 755         FILE *filep;
 756         int pkg;
 757
 758         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/physical_package_id", cpu);
 759         filep = fopen(path, "r");
 760         if (filep == NULL) {
 761                 perror(path);
 762                 exit(1);
 763         }
 764         fscanf(filep, "%d", &pkg);
 765         fclose(filep);
 766         return pkg;
 767 }
 768
 769 int get_core_id(int cpu)
 770 {
 771         char path[64];
 772         FILE *filep;
 773         int core;
 774
 775         sprintf(path, "/sys/devices/system/cpu/cpu%d/topology/core_id", cpu);
 776         filep = fopen(path, "r");
 777         if (filep == NULL) {
 778                 perror(path);
 779                 exit(1);
 780         }
 781         fscanf(filep, "%d", &core);
 782         fclose(filep);
 783         return core;
 784 }
 785
 786 /*
 787  * run func(pkg, core, cpu) on every cpu in /proc/stat
 788  */
 789
 790 int for_all_cpus(void (func)(int, int, int))
 791 {
 792         FILE *fp;
 793         int cpu_count;
 794         int retval;
 795
 796         fp = fopen(proc_stat, "r");
 797         if (fp == NULL) {
 798                 perror(proc_stat);
 799                 exit(1);
 800         }
 801
 802         retval = fscanf(fp, "cpu %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n");
 803         if (retval != 0) {
 804                 perror("/proc/stat format");
 805                 exit(1);
 806         }
 807
 808         for (cpu_count = 0; ; cpu_count++) {
 809                 int cpu;
 810
 811                 retval = fscanf(fp, "cpu%u %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d\n", &cpu);
 812                 if (retval != 1)
 813                         break;
 814
 815                 func(get_physical_package_id(cpu), get_core_id(cpu), cpu);
 816         }
 817         fclose(fp);
 818         return cpu_count;
 819 }
 820
 821 void re_initialize(void)
 822 {
 823         free_all_counters();
 824         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
 825         cpu_mask_uninit();
 826         cpu_mask_init(num_cpus);
 827         printf("turbostat: re-initialized with num_cpus %d\n", num_cpus);
 828 }
 829
 830 void dummy(int pkg, int core, int cpu) { return; }
 831 /*
 832  * check to see if a cpu came on-line
 833  */
 834 int verify_num_cpus(void)
 835 {
 836         int new_num_cpus;
 837
 838         new_num_cpus = for_all_cpus(dummy);
 839
 840         if (new_num_cpus != num_cpus) {
 841                 if (verbose)
 842                         printf("num_cpus was %d, is now  %d\n",
 843                                 num_cpus, new_num_cpus);
 844                 return -1;
 845         }
 846         return 0;
 847 }
 848
 849 void turbostat_loop()
 850 {
 851 restart:
 852         get_counters(cnt_even);
 853         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 854
 855         while (1) {
 856                 if (verify_num_cpus()) {
 857                         re_initialize();
 858                         goto restart;
 859                 }
 860                 sleep(interval_sec);
 861                 if (get_counters(cnt_odd)) {
 862                         re_initialize();
 863                         goto restart;
 864                 }
 865                 gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
 866                 compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
 867                 timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
 868                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 869                 print_counters(cnt_delta);
 870                 sleep(interval_sec);
 871                 if (get_counters(cnt_even)) {
 872                         re_initialize();
 873                         goto restart;
 874                 }
 875                 gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
 876                 compute_delta(cnt_even, cnt_odd, cnt_delta);
 877                 timersub(&tv_even, &tv_odd, &tv_delta);
 878                 compute_average(cnt_delta, cnt_average);
 879                 print_counters(cnt_delta);
 880         }
 881 }
 882
 883 void check_dev_msr()
 884 {
 885         struct stat sb;
 886
 887         if (stat("/dev/cpu/0/msr", &sb)) {
 888                 fprintf(stderr, "no /dev/cpu/0/msr\n");
 889                 fprintf(stderr, "Try \"# modprobe msr\"\n");
 890                 exit(-5);
 891         }
 892 }
 893
 894 void check_super_user()
 895 {
 896         if (getuid() != 0) {
 897                 fprintf(stderr, "must be root\n");
 898                 exit(-6);
 899         }
 900 }
 901
 902 int has_nehalem_turbo_ratio_limit(unsigned int family, unsigned int model)
 903 {
 904         if (!genuine_intel)
 905                 return 0;
 906
 907         if (family != 6)
 908                 return 0;
 909
 910         switch (model) {
 911         case 0x1A:      /* Core i7, Xeon 5500 series - Bloomfield, Gainstown NHM-EP */
 912         case 0x1E:      /* Core i7 and i5 Processor - Clarksfield, Lynnfield, Jasper Forest */
 913         case 0x1F:      /* Core i7 and i5 Processor - Nehalem */
 914         case 0x25:      /* Westmere Client - Clarkdale, Arrandale */
 915         case 0x2C:      /* Westmere EP - Gulftown */
 916         case 0x2A:      /* SNB */
 917         case 0x2D:      /* SNB Xeon */
 918         case 0x3A:      /* IVB */
 919         case 0x3D:      /* IVB Xeon */
 920                 return 1;
 921         case 0x2E:      /* Nehalem-EX Xeon - Beckton */
 922         case 0x2F:      /* Westmere-EX Xeon - Eagleton */
 923         default:
 924                 return 0;
 925         }
 926 }
 927
 928 int is_snb(unsigned int family, unsigned int model)
 929 {
 930         if (!genuine_intel)
 931                 return 0;
 932
 933         switch (model) {
 934         case 0x2A:
 935         case 0x2D:
 936         case 0x3A:      /* IVB */
 937         case 0x3D:      /* IVB Xeon */
 938                 return 1;
 939         }
 940         return 0;
 941 }
 942
 943 double discover_bclk(unsigned int family, unsigned int model)
 944 {
 945         if (is_snb(family, model))
 946                 return 100.00;
 947         else
 948                 return 133.33;
 949 }
 950
 951 void check_cpuid()
 952 {
 953         unsigned int eax, ebx, ecx, edx, max_level;
 954         unsigned int fms, family, model, stepping;
 955
 956         eax = ebx = ecx = edx = 0;
 957
 958         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0));
 959
 960         if (ebx == 0x756e6547 && edx == 0x49656e69 && ecx == 0x6c65746e)
 961                 genuine_intel = 1;
 962
 963         if (verbose)
 964                 fprintf(stderr, "%.4s%.4s%.4s ",
 965                         (char *)&ebx, (char *)&edx, (char *)&ecx);
 966
 967         asm("cpuid" : "=a" (fms), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (1) : "ebx");
 968         family = (fms >> 8) & 0xf;
 969         model = (fms >> 4) & 0xf;
 970         stepping = fms & 0xf;
 971         if (family == 6 || family == 0xf)
 972                 model += ((fms >> 16) & 0xf) << 4;
 973
 974         if (verbose)
 975                 fprintf(stderr, "%d CPUID levels; family:model:stepping 0x%x:%x:%x (%d:%d:%d)\n",
 976                         max_level, family, model, stepping, family, model, stepping);
 977
 978         if (!(edx & (1 << 5))) {
 979                 fprintf(stderr, "CPUID: no MSR\n");
 980                 exit(1);
 981         }
 982
 983         /*
 984          * check max extended function levels of CPUID.
 985          * This is needed to check for invariant TSC.
 986          * This check is valid for both Intel and AMD.
 987          */
 988         ebx = ecx = edx = 0;
 989         asm("cpuid" : "=a" (max_level), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000000));
 990
 991         if (max_level < 0x80000007) {
 992                 fprintf(stderr, "CPUID: no invariant TSC (max_level 0x%x)\n", max_level);
 993                 exit(1);
 994         }
 995
 996         /*
 997          * Non-Stop TSC is advertised by CPUID.EAX=0x80000007: EDX.bit8
 998          * this check is valid for both Intel and AMD
 999          */
1000         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x80000007));
1001         has_invariant_tsc = edx & (1 << 8);
1002
1003         if (!has_invariant_tsc) {
1004                 fprintf(stderr, "No invariant TSC\n");
1005                 exit(1);
1006         }
1007
1008         /*
1009          * APERF/MPERF is advertised by CPUID.EAX=0x6: ECX.bit0
1010          * this check is valid for both Intel and AMD
1011          */
1012
1013         asm("cpuid" : "=a" (eax), "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx) : "a" (0x6));
1014         has_aperf = ecx & (1 << 0);
1015         if (!has_aperf) {
1016                 fprintf(stderr, "No APERF MSR\n");
1017                 exit(1);
1018         }
1019
1020         do_nehalem_platform_info = genuine_intel && has_invariant_tsc;
1021         do_nhm_cstates = genuine_intel; /* all Intel w/ non-stop TSC have NHM counters */
1022         do_snb_cstates = is_snb(family, model);
1023         bclk = discover_bclk(family, model);
1024
1025         do_nehalem_turbo_ratio_limit = has_nehalem_turbo_ratio_limit(family, model);
1026 }
1027
1028
1029 void usage()
1030 {
1031         fprintf(stderr, "%s: [-v] [-M MSR#] [-i interval_sec | command ...]\n",
1032                 progname);
1033         exit(1);
1034 }
1035
1036
1037 /*
1038  * in /dev/cpu/ return success for names that are numbers
1039  * ie. filter out ".", "..", "microcode".
1040  */
1041 int dir_filter(const struct dirent *dirp)
1042 {
1043         if (isdigit(dirp->d_name[0]))
1044                 return 1;
1045         else
1046                 return 0;
1047 }
1048
1049 int open_dev_cpu_msr(int dummy1)
1050 {
1051         return 0;
1052 }
1053
1054 void turbostat_init()
1055 {
1056         check_cpuid();
1057
1058         check_dev_msr();
1059         check_super_user();
1060
1061         num_cpus = for_all_cpus(alloc_new_counters);
1062         cpu_mask_init(num_cpus);
1063
1064         if (verbose)
1065                 print_nehalem_info();
1066 }
1067
1068 int fork_it(char **argv)
1069 {
1070         int retval;
1071         pid_t child_pid;
1072         get_counters(cnt_even);
1073
1074         /* clear affinity side-effect of get_counters() */
1075         sched_setaffinity(0, cpu_present_setsize, cpu_present_set);
1076         gettimeofday(&tv_even, (struct timezone *)NULL);
1077
1078         child_pid = fork();
1079         if (!child_pid) {
1080                 /* child */
1081                 execvp(argv[0], argv);
1082         } else {
1083                 int status;
1084
1085                 /* parent */
1086                 if (child_pid == -1) {
1087                         perror("fork");
1088                         exit(1);
1089                 }
1090
1091                 signal(SIGINT, SIG_IGN);
1092                 signal(SIGQUIT, SIG_IGN);
1093                 if (waitpid(child_pid, &status, 0) == -1) {
1094                         perror("wait");
1095                         exit(1);
1096                 }
1097         }
1098         get_counters(cnt_odd);
1099         gettimeofday(&tv_odd, (struct timezone *)NULL);
1100         retval = compute_delta(cnt_odd, cnt_even, cnt_delta);
1101
1102         timersub(&tv_odd, &tv_even, &tv_delta);
1103         compute_average(cnt_delta, cnt_average);
1104         if (!retval)
1105                 print_counters(cnt_delta);
1106
1107         fprintf(stderr, "%.6f sec\n", tv_delta.tv_sec + tv_delta.tv_usec/1000000.0);
1108
1109         return 0;
1110 }
1111
1112 void cmdline(int argc, char **argv)
1113 {
1114         int opt;
1115
1116         progname = argv[0];
1117
1118         while ((opt = getopt(argc, argv, "+svi:M:")) != -1) {
1119                 switch (opt) {
1120                 case 's':
1121                         summary_only++;
1122                         break;
1123                 case 'v':
1124                         verbose++;
1125                         break;
1126                 case 'i':
1127                         interval_sec = atoi(optarg);
1128                         break;
1129                 case 'M':
1130                         sscanf(optarg, "%x", &extra_msr_offset);
1131                         if (verbose > 1)
1132                                 fprintf(stderr, "MSR 0x%X\n", extra_msr_offset);
1133                         break;
1134                 default:
1135                         usage();
1136                 }
1137         }
1138 }
1139
1140 int main(int argc, char **argv)
1141 {
1142         cmdline(argc, argv);
1143
1144         if (verbose > 1)
1145                 fprintf(stderr, "turbostat Dec 6, 2010"
1146                         " - Len Brown <lenb@kernel.org>\n");
1147         if (verbose > 1)
1148                 fprintf(stderr, "http://userweb.kernel.org/~lenb/acpi/utils/pmtools/turbostat/\n");
1149
1150         turbostat_init();
1151
1152         /*
1153          * if any params left, it must be a command to fork
1154          */
1155         if (argc - optind)
1156                 return fork_it(argv + optind);
1157         else
1158                 turbostat_loop();
1159
1160         return 0;
1161 }