]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - block/blk-throttle.c
blk-throttle: implement throtl_grp->has_rules[]
[karo-tx-linux.git] / block / blk-throttle.c
1 /*
2  * Interface for controlling IO bandwidth on a request queue
3  *
4  * Copyright (C) 2010 Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
5  */
6
7 #include <linux/module.h>
8 #include <linux/slab.h>
9 #include <linux/blkdev.h>
10 #include <linux/bio.h>
11 #include <linux/blktrace_api.h>
12 #include "blk-cgroup.h"
13 #include "blk.h"
14
15 /* Max dispatch from a group in 1 round */
16 static int throtl_grp_quantum = 8;
17
18 /* Total max dispatch from all groups in one round */
19 static int throtl_quantum = 32;
20
21 /* Throttling is performed over 100ms slice and after that slice is renewed */
22 static unsigned long throtl_slice = HZ/10;      /* 100 ms */
23
24 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl;
25
26 /* A workqueue to queue throttle related work */
27 static struct workqueue_struct *kthrotld_workqueue;
28
29 /*
30  * To implement hierarchical throttling, throtl_grps form a tree and bios
31  * are dispatched upwards level by level until they reach the top and get
32  * issued.  When dispatching bios from the children and local group at each
33  * level, if the bios are dispatched into a single bio_list, there's a risk
34  * of a local or child group which can queue many bios at once filling up
35  * the list starving others.
36  *
37  * To avoid such starvation, dispatched bios are queued separately
38  * according to where they came from.  When they are again dispatched to
39  * the parent, they're popped in round-robin order so that no single source
40  * hogs the dispatch window.
41  *
42  * throtl_qnode is used to keep the queued bios separated by their sources.
43  * Bios are queued to throtl_qnode which in turn is queued to
44  * throtl_service_queue and then dispatched in round-robin order.
45  *
46  * It's also used to track the reference counts on blkg's.  A qnode always
47  * belongs to a throtl_grp and gets queued on itself or the parent, so
48  * incrementing the reference of the associated throtl_grp when a qnode is
49  * queued and decrementing when dequeued is enough to keep the whole blkg
50  * tree pinned while bios are in flight.
51  */
52 struct throtl_qnode {
53         struct list_head        node;           /* service_queue->queued[] */
54         struct bio_list         bios;           /* queued bios */
55         struct throtl_grp       *tg;            /* tg this qnode belongs to */
56 };
57
58 struct throtl_service_queue {
59         struct throtl_service_queue *parent_sq; /* the parent service_queue */
60
61         /*
62          * Bios queued directly to this service_queue or dispatched from
63          * children throtl_grp's.
64          */
65         struct list_head        queued[2];      /* throtl_qnode [READ/WRITE] */
66         unsigned int            nr_queued[2];   /* number of queued bios */
67
68         /*
69          * RB tree of active children throtl_grp's, which are sorted by
70          * their ->disptime.
71          */
72         struct rb_root          pending_tree;   /* RB tree of active tgs */
73         struct rb_node          *first_pending; /* first node in the tree */
74         unsigned int            nr_pending;     /* # queued in the tree */
75         unsigned long           first_pending_disptime; /* disptime of the first tg */
76         struct timer_list       pending_timer;  /* fires on first_pending_disptime */
77 };
78
79 enum tg_state_flags {
80         THROTL_TG_PENDING       = 1 << 0,       /* on parent's pending tree */
81         THROTL_TG_WAS_EMPTY     = 1 << 1,       /* bio_lists[] became non-empty */
82 };
83
84 #define rb_entry_tg(node)       rb_entry((node), struct throtl_grp, rb_node)
85
86 /* Per-cpu group stats */
87 struct tg_stats_cpu {
88         /* total bytes transferred */
89         struct blkg_rwstat              service_bytes;
90         /* total IOs serviced, post merge */
91         struct blkg_rwstat              serviced;
92 };
93
94 struct throtl_grp {
95         /* must be the first member */
96         struct blkg_policy_data pd;
97
98         /* active throtl group service_queue member */
99         struct rb_node rb_node;
100
101         /* throtl_data this group belongs to */
102         struct throtl_data *td;
103
104         /* this group's service queue */
105         struct throtl_service_queue service_queue;
106
107         /*
108          * qnode_on_self is used when bios are directly queued to this
109          * throtl_grp so that local bios compete fairly with bios
110          * dispatched from children.  qnode_on_parent is used when bios are
111          * dispatched from this throtl_grp into its parent and will compete
112          * with the sibling qnode_on_parents and the parent's
113          * qnode_on_self.
114          */
115         struct throtl_qnode qnode_on_self[2];
116         struct throtl_qnode qnode_on_parent[2];
117
118         /*
119          * Dispatch time in jiffies. This is the estimated time when group
120          * will unthrottle and is ready to dispatch more bio. It is used as
121          * key to sort active groups in service tree.
122          */
123         unsigned long disptime;
124
125         unsigned int flags;
126
127         /* are there any throtl rules between this group and td? */
128         bool has_rules[2];
129
130         /* bytes per second rate limits */
131         uint64_t bps[2];
132
133         /* IOPS limits */
134         unsigned int iops[2];
135
136         /* Number of bytes disptached in current slice */
137         uint64_t bytes_disp[2];
138         /* Number of bio's dispatched in current slice */
139         unsigned int io_disp[2];
140
141         /* When did we start a new slice */
142         unsigned long slice_start[2];
143         unsigned long slice_end[2];
144
145         /* Per cpu stats pointer */
146         struct tg_stats_cpu __percpu *stats_cpu;
147
148         /* List of tgs waiting for per cpu stats memory to be allocated */
149         struct list_head stats_alloc_node;
150 };
151
152 struct throtl_data
153 {
154         /* service tree for active throtl groups */
155         struct throtl_service_queue service_queue;
156
157         struct request_queue *queue;
158
159         /* Total Number of queued bios on READ and WRITE lists */
160         unsigned int nr_queued[2];
161
162         /*
163          * number of total undestroyed groups
164          */
165         unsigned int nr_undestroyed_grps;
166
167         /* Work for dispatching throttled bios */
168         struct work_struct dispatch_work;
169 };
170
171 /* list and work item to allocate percpu group stats */
172 static DEFINE_SPINLOCK(tg_stats_alloc_lock);
173 static LIST_HEAD(tg_stats_alloc_list);
174
175 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *);
176 static DECLARE_DELAYED_WORK(tg_stats_alloc_work, tg_stats_alloc_fn);
177
178 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg);
179
180 static inline struct throtl_grp *pd_to_tg(struct blkg_policy_data *pd)
181 {
182         return pd ? container_of(pd, struct throtl_grp, pd) : NULL;
183 }
184
185 static inline struct throtl_grp *blkg_to_tg(struct blkcg_gq *blkg)
186 {
187         return pd_to_tg(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_throtl));
188 }
189
190 static inline struct blkcg_gq *tg_to_blkg(struct throtl_grp *tg)
191 {
192         return pd_to_blkg(&tg->pd);
193 }
194
195 static inline struct throtl_grp *td_root_tg(struct throtl_data *td)
196 {
197         return blkg_to_tg(td->queue->root_blkg);
198 }
199
200 /**
201  * sq_to_tg - return the throl_grp the specified service queue belongs to
202  * @sq: the throtl_service_queue of interest
203  *
204  * Return the throtl_grp @sq belongs to.  If @sq is the top-level one
205  * embedded in throtl_data, %NULL is returned.
206  */
207 static struct throtl_grp *sq_to_tg(struct throtl_service_queue *sq)
208 {
209         if (sq && sq->parent_sq)
210                 return container_of(sq, struct throtl_grp, service_queue);
211         else
212                 return NULL;
213 }
214
215 /**
216  * sq_to_td - return throtl_data the specified service queue belongs to
217  * @sq: the throtl_service_queue of interest
218  *
219  * A service_queue can be embeded in either a throtl_grp or throtl_data.
220  * Determine the associated throtl_data accordingly and return it.
221  */
222 static struct throtl_data *sq_to_td(struct throtl_service_queue *sq)
223 {
224         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
225
226         if (tg)
227                 return tg->td;
228         else
229                 return container_of(sq, struct throtl_data, service_queue);
230 }
231
232 /**
233  * throtl_log - log debug message via blktrace
234  * @sq: the service_queue being reported
235  * @fmt: printf format string
236  * @args: printf args
237  *
238  * The messages are prefixed with "throtl BLKG_NAME" if @sq belongs to a
239  * throtl_grp; otherwise, just "throtl".
240  *
241  * TODO: this should be made a function and name formatting should happen
242  * after testing whether blktrace is enabled.
243  */
244 #define throtl_log(sq, fmt, args...)    do {                            \
245         struct throtl_grp *__tg = sq_to_tg((sq));                       \
246         struct throtl_data *__td = sq_to_td((sq));                      \
247                                                                         \
248         (void)__td;                                                     \
249         if ((__tg)) {                                                   \
250                 char __pbuf[128];                                       \
251                                                                         \
252                 blkg_path(tg_to_blkg(__tg), __pbuf, sizeof(__pbuf));    \
253                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl %s " fmt, __pbuf, ##args); \
254         } else {                                                        \
255                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl " fmt, ##args);  \
256         }                                                               \
257 } while (0)
258
259 /*
260  * Worker for allocating per cpu stat for tgs. This is scheduled on the
261  * system_wq once there are some groups on the alloc_list waiting for
262  * allocation.
263  */
264 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *work)
265 {
266         static struct tg_stats_cpu *stats_cpu;  /* this fn is non-reentrant */
267         struct delayed_work *dwork = to_delayed_work(work);
268         bool empty = false;
269
270 alloc_stats:
271         if (!stats_cpu) {
272                 stats_cpu = alloc_percpu(struct tg_stats_cpu);
273                 if (!stats_cpu) {
274                         /* allocation failed, try again after some time */
275                         schedule_delayed_work(dwork, msecs_to_jiffies(10));
276                         return;
277                 }
278         }
279
280         spin_lock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
281
282         if (!list_empty(&tg_stats_alloc_list)) {
283                 struct throtl_grp *tg = list_first_entry(&tg_stats_alloc_list,
284                                                          struct throtl_grp,
285                                                          stats_alloc_node);
286                 swap(tg->stats_cpu, stats_cpu);
287                 list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
288         }
289
290         empty = list_empty(&tg_stats_alloc_list);
291         spin_unlock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
292         if (!empty)
293                 goto alloc_stats;
294 }
295
296 static void throtl_qnode_init(struct throtl_qnode *qn, struct throtl_grp *tg)
297 {
298         INIT_LIST_HEAD(&qn->node);
299         bio_list_init(&qn->bios);
300         qn->tg = tg;
301 }
302
303 /**
304  * throtl_qnode_add_bio - add a bio to a throtl_qnode and activate it
305  * @bio: bio being added
306  * @qn: qnode to add bio to
307  * @queued: the service_queue->queued[] list @qn belongs to
308  *
309  * Add @bio to @qn and put @qn on @queued if it's not already on.
310  * @qn->tg's reference count is bumped when @qn is activated.  See the
311  * comment on top of throtl_qnode definition for details.
312  */
313 static void throtl_qnode_add_bio(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
314                                  struct list_head *queued)
315 {
316         bio_list_add(&qn->bios, bio);
317         if (list_empty(&qn->node)) {
318                 list_add_tail(&qn->node, queued);
319                 blkg_get(tg_to_blkg(qn->tg));
320         }
321 }
322
323 /**
324  * throtl_peek_queued - peek the first bio on a qnode list
325  * @queued: the qnode list to peek
326  */
327 static struct bio *throtl_peek_queued(struct list_head *queued)
328 {
329         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
330         struct bio *bio;
331
332         if (list_empty(queued))
333                 return NULL;
334
335         bio = bio_list_peek(&qn->bios);
336         WARN_ON_ONCE(!bio);
337         return bio;
338 }
339
340 /**
341  * throtl_pop_queued - pop the first bio form a qnode list
342  * @queued: the qnode list to pop a bio from
343  * @tg_to_put: optional out argument for throtl_grp to put
344  *
345  * Pop the first bio from the qnode list @queued.  After popping, the first
346  * qnode is removed from @queued if empty or moved to the end of @queued so
347  * that the popping order is round-robin.
348  *
349  * When the first qnode is removed, its associated throtl_grp should be put
350  * too.  If @tg_to_put is NULL, this function automatically puts it;
351  * otherwise, *@tg_to_put is set to the throtl_grp to put and the caller is
352  * responsible for putting it.
353  */
354 static struct bio *throtl_pop_queued(struct list_head *queued,
355                                      struct throtl_grp **tg_to_put)
356 {
357         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
358         struct bio *bio;
359
360         if (list_empty(queued))
361                 return NULL;
362
363         bio = bio_list_pop(&qn->bios);
364         WARN_ON_ONCE(!bio);
365
366         if (bio_list_empty(&qn->bios)) {
367                 list_del_init(&qn->node);
368                 if (tg_to_put)
369                         *tg_to_put = qn->tg;
370                 else
371                         blkg_put(tg_to_blkg(qn->tg));
372         } else {
373                 list_move_tail(&qn->node, queued);
374         }
375
376         return bio;
377 }
378
379 /* init a service_queue, assumes the caller zeroed it */
380 static void throtl_service_queue_init(struct throtl_service_queue *sq,
381                                       struct throtl_service_queue *parent_sq)
382 {
383         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[0]);
384         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[1]);
385         sq->pending_tree = RB_ROOT;
386         sq->parent_sq = parent_sq;
387         setup_timer(&sq->pending_timer, throtl_pending_timer_fn,
388                     (unsigned long)sq);
389 }
390
391 static void throtl_service_queue_exit(struct throtl_service_queue *sq)
392 {
393         del_timer_sync(&sq->pending_timer);
394 }
395
396 static void throtl_pd_init(struct blkcg_gq *blkg)
397 {
398         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
399         struct throtl_data *td = blkg->q->td;
400         unsigned long flags;
401         int rw;
402
403         throtl_service_queue_init(&tg->service_queue, &td->service_queue);
404         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++) {
405                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_self[rw], tg);
406                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_parent[rw], tg);
407         }
408
409         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
410         tg->td = td;
411
412         tg->bps[READ] = -1;
413         tg->bps[WRITE] = -1;
414         tg->iops[READ] = -1;
415         tg->iops[WRITE] = -1;
416
417         /*
418          * Ugh... We need to perform per-cpu allocation for tg->stats_cpu
419          * but percpu allocator can't be called from IO path.  Queue tg on
420          * tg_stats_alloc_list and allocate from work item.
421          */
422         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
423         list_add(&tg->stats_alloc_node, &tg_stats_alloc_list);
424         schedule_delayed_work(&tg_stats_alloc_work, 0);
425         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
426 }
427
428 /*
429  * Set has_rules[] if @tg or any of its parents have limits configured.
430  * This doesn't require walking up to the top of the hierarchy as the
431  * parent's has_rules[] is guaranteed to be correct.
432  */
433 static void tg_update_has_rules(struct throtl_grp *tg)
434 {
435         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(tg->service_queue.parent_sq);
436         int rw;
437
438         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
439                 tg->has_rules[rw] = (parent_tg && parent_tg->has_rules[rw]) ||
440                                     (tg->bps[rw] != -1 || tg->iops[rw] != -1);
441 }
442
443 static void throtl_pd_online(struct blkcg_gq *blkg)
444 {
445         /*
446          * We don't want new groups to escape the limits of its ancestors.
447          * Update has_rules[] after a new group is brought online.
448          */
449         tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
450 }
451
452 static void throtl_pd_exit(struct blkcg_gq *blkg)
453 {
454         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
455         unsigned long flags;
456
457         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
458         list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
459         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
460
461         free_percpu(tg->stats_cpu);
462
463         throtl_service_queue_exit(&tg->service_queue);
464 }
465
466 static void throtl_pd_reset_stats(struct blkcg_gq *blkg)
467 {
468         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
469         int cpu;
470
471         if (tg->stats_cpu == NULL)
472                 return;
473
474         for_each_possible_cpu(cpu) {
475                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
476
477                 blkg_rwstat_reset(&sc->service_bytes);
478                 blkg_rwstat_reset(&sc->serviced);
479         }
480 }
481
482 static struct throtl_grp *throtl_lookup_tg(struct throtl_data *td,
483                                            struct blkcg *blkcg)
484 {
485         /*
486          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
487          * in this case
488          */
489         if (blkcg == &blkcg_root)
490                 return td_root_tg(td);
491
492         return blkg_to_tg(blkg_lookup(blkcg, td->queue));
493 }
494
495 static struct throtl_grp *throtl_lookup_create_tg(struct throtl_data *td,
496                                                   struct blkcg *blkcg)
497 {
498         struct request_queue *q = td->queue;
499         struct throtl_grp *tg = NULL;
500
501         /*
502          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
503          * in this case
504          */
505         if (blkcg == &blkcg_root) {
506                 tg = td_root_tg(td);
507         } else {
508                 struct blkcg_gq *blkg;
509
510                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
511
512                 /* if %NULL and @q is alive, fall back to root_tg */
513                 if (!IS_ERR(blkg))
514                         tg = blkg_to_tg(blkg);
515                 else if (!blk_queue_dying(q))
516                         tg = td_root_tg(td);
517         }
518
519         return tg;
520 }
521
522 static struct throtl_grp *
523 throtl_rb_first(struct throtl_service_queue *parent_sq)
524 {
525         /* Service tree is empty */
526         if (!parent_sq->nr_pending)
527                 return NULL;
528
529         if (!parent_sq->first_pending)
530                 parent_sq->first_pending = rb_first(&parent_sq->pending_tree);
531
532         if (parent_sq->first_pending)
533                 return rb_entry_tg(parent_sq->first_pending);
534
535         return NULL;
536 }
537
538 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
539 {
540         rb_erase(n, root);
541         RB_CLEAR_NODE(n);
542 }
543
544 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n,
545                             struct throtl_service_queue *parent_sq)
546 {
547         if (parent_sq->first_pending == n)
548                 parent_sq->first_pending = NULL;
549         rb_erase_init(n, &parent_sq->pending_tree);
550         --parent_sq->nr_pending;
551 }
552
553 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_service_queue *parent_sq)
554 {
555         struct throtl_grp *tg;
556
557         tg = throtl_rb_first(parent_sq);
558         if (!tg)
559                 return;
560
561         parent_sq->first_pending_disptime = tg->disptime;
562 }
563
564 static void tg_service_queue_add(struct throtl_grp *tg)
565 {
566         struct throtl_service_queue *parent_sq = tg->service_queue.parent_sq;
567         struct rb_node **node = &parent_sq->pending_tree.rb_node;
568         struct rb_node *parent = NULL;
569         struct throtl_grp *__tg;
570         unsigned long key = tg->disptime;
571         int left = 1;
572
573         while (*node != NULL) {
574                 parent = *node;
575                 __tg = rb_entry_tg(parent);
576
577                 if (time_before(key, __tg->disptime))
578                         node = &parent->rb_left;
579                 else {
580                         node = &parent->rb_right;
581                         left = 0;
582                 }
583         }
584
585         if (left)
586                 parent_sq->first_pending = &tg->rb_node;
587
588         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
589         rb_insert_color(&tg->rb_node, &parent_sq->pending_tree);
590 }
591
592 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
593 {
594         tg_service_queue_add(tg);
595         tg->flags |= THROTL_TG_PENDING;
596         tg->service_queue.parent_sq->nr_pending++;
597 }
598
599 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
600 {
601         if (!(tg->flags & THROTL_TG_PENDING))
602                 __throtl_enqueue_tg(tg);
603 }
604
605 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
606 {
607         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, tg->service_queue.parent_sq);
608         tg->flags &= ~THROTL_TG_PENDING;
609 }
610
611 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
612 {
613         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING)
614                 __throtl_dequeue_tg(tg);
615 }
616
617 /* Call with queue lock held */
618 static void throtl_schedule_pending_timer(struct throtl_service_queue *sq,
619                                           unsigned long expires)
620 {
621         mod_timer(&sq->pending_timer, expires);
622         throtl_log(sq, "schedule timer. delay=%lu jiffies=%lu",
623                    expires - jiffies, jiffies);
624 }
625
626 /**
627  * throtl_schedule_next_dispatch - schedule the next dispatch cycle
628  * @sq: the service_queue to schedule dispatch for
629  * @force: force scheduling
630  *
631  * Arm @sq->pending_timer so that the next dispatch cycle starts on the
632  * dispatch time of the first pending child.  Returns %true if either timer
633  * is armed or there's no pending child left.  %false if the current
634  * dispatch window is still open and the caller should continue
635  * dispatching.
636  *
637  * If @force is %true, the dispatch timer is always scheduled and this
638  * function is guaranteed to return %true.  This is to be used when the
639  * caller can't dispatch itself and needs to invoke pending_timer
640  * unconditionally.  Note that forced scheduling is likely to induce short
641  * delay before dispatch starts even if @sq->first_pending_disptime is not
642  * in the future and thus shouldn't be used in hot paths.
643  */
644 static bool throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_service_queue *sq,
645                                           bool force)
646 {
647         /* any pending children left? */
648         if (!sq->nr_pending)
649                 return true;
650
651         update_min_dispatch_time(sq);
652
653         /* is the next dispatch time in the future? */
654         if (force || time_after(sq->first_pending_disptime, jiffies)) {
655                 throtl_schedule_pending_timer(sq, sq->first_pending_disptime);
656                 return true;
657         }
658
659         /* tell the caller to continue dispatching */
660         return false;
661 }
662
663 static inline void throtl_start_new_slice_with_credit(struct throtl_grp *tg,
664                 bool rw, unsigned long start)
665 {
666         tg->bytes_disp[rw] = 0;
667         tg->io_disp[rw] = 0;
668
669         /*
670          * Previous slice has expired. We must have trimmed it after last
671          * bio dispatch. That means since start of last slice, we never used
672          * that bandwidth. Do try to make use of that bandwidth while giving
673          * credit.
674          */
675         if (time_after_eq(start, tg->slice_start[rw]))
676                 tg->slice_start[rw] = start;
677
678         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
679         throtl_log(&tg->service_queue,
680                    "[%c] new slice with credit start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
681                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
682                    tg->slice_end[rw], jiffies);
683 }
684
685 static inline void throtl_start_new_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
686 {
687         tg->bytes_disp[rw] = 0;
688         tg->io_disp[rw] = 0;
689         tg->slice_start[rw] = jiffies;
690         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
691         throtl_log(&tg->service_queue,
692                    "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
693                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
694                    tg->slice_end[rw], jiffies);
695 }
696
697 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_grp *tg, bool rw,
698                                         unsigned long jiffy_end)
699 {
700         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
701 }
702
703 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw,
704                                        unsigned long jiffy_end)
705 {
706         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
707         throtl_log(&tg->service_queue,
708                    "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
709                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
710                    tg->slice_end[rw], jiffies);
711 }
712
713 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
714 static bool throtl_slice_used(struct throtl_grp *tg, bool rw)
715 {
716         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
717                 return 0;
718
719         return 1;
720 }
721
722 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
723 static inline void throtl_trim_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
724 {
725         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
726         u64 bytes_trim, tmp;
727
728         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
729
730         /*
731          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
732          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
733          * slice will start when appropriate.
734          */
735         if (throtl_slice_used(tg, rw))
736                 return;
737
738         /*
739          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
740          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
741          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
742          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
743          * is bad because it does not allow new slice to start.
744          */
745
746         throtl_set_slice_end(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
747
748         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
749
750         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
751
752         if (!nr_slices)
753                 return;
754         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
755         do_div(tmp, HZ);
756         bytes_trim = tmp;
757
758         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
759
760         if (!bytes_trim && !io_trim)
761                 return;
762
763         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
764                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
765         else
766                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
767
768         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
769                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
770         else
771                 tg->io_disp[rw] = 0;
772
773         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
774
775         throtl_log(&tg->service_queue,
776                    "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
777                    rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
778                    tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
779 }
780
781 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
782                                   unsigned long *wait)
783 {
784         bool rw = bio_data_dir(bio);
785         unsigned int io_allowed;
786         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
787         u64 tmp;
788
789         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
790
791         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
792         if (!jiffy_elapsed)
793                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
794
795         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
796
797         /*
798          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
799          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
800          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
801          * have been trimmed.
802          */
803
804         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
805         do_div(tmp, HZ);
806
807         if (tmp > UINT_MAX)
808                 io_allowed = UINT_MAX;
809         else
810                 io_allowed = tmp;
811
812         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
813                 if (wait)
814                         *wait = 0;
815                 return 1;
816         }
817
818         /* Calc approx time to dispatch */
819         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
820
821         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
822                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
823         else
824                 jiffy_wait = 1;
825
826         if (wait)
827                 *wait = jiffy_wait;
828         return 0;
829 }
830
831 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
832                                  unsigned long *wait)
833 {
834         bool rw = bio_data_dir(bio);
835         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
836         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
837
838         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
839
840         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
841         if (!jiffy_elapsed)
842                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
843
844         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
845
846         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
847         do_div(tmp, HZ);
848         bytes_allowed = tmp;
849
850         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size <= bytes_allowed) {
851                 if (wait)
852                         *wait = 0;
853                 return 1;
854         }
855
856         /* Calc approx time to dispatch */
857         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size - bytes_allowed;
858         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
859
860         if (!jiffy_wait)
861                 jiffy_wait = 1;
862
863         /*
864          * This wait time is without taking into consideration the rounding
865          * up we did. Add that time also.
866          */
867         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
868         if (wait)
869                 *wait = jiffy_wait;
870         return 0;
871 }
872
873 /*
874  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
875  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
876  */
877 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
878                             unsigned long *wait)
879 {
880         bool rw = bio_data_dir(bio);
881         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
882
883         /*
884          * Currently whole state machine of group depends on first bio
885          * queued in the group bio list. So one should not be calling
886          * this function with a different bio if there are other bios
887          * queued.
888          */
889         BUG_ON(tg->service_queue.nr_queued[rw] &&
890                bio != throtl_peek_queued(&tg->service_queue.queued[rw]));
891
892         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
893         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
894                 if (wait)
895                         *wait = 0;
896                 return 1;
897         }
898
899         /*
900          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
901          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
902          * long since now.
903          */
904         if (throtl_slice_used(tg, rw))
905                 throtl_start_new_slice(tg, rw);
906         else {
907                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
908                         throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
909         }
910
911         if (tg_with_in_bps_limit(tg, bio, &bps_wait) &&
912             tg_with_in_iops_limit(tg, bio, &iops_wait)) {
913                 if (wait)
914                         *wait = 0;
915                 return 1;
916         }
917
918         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
919
920         if (wait)
921                 *wait = max_wait;
922
923         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
924                 throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + max_wait);
925
926         return 0;
927 }
928
929 static void throtl_update_dispatch_stats(struct blkcg_gq *blkg, u64 bytes,
930                                          int rw)
931 {
932         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
933         struct tg_stats_cpu *stats_cpu;
934         unsigned long flags;
935
936         /* If per cpu stats are not allocated yet, don't do any accounting. */
937         if (tg->stats_cpu == NULL)
938                 return;
939
940         /*
941          * Disabling interrupts to provide mutual exclusion between two
942          * writes on same cpu. It probably is not needed for 64bit. Not
943          * optimizing that case yet.
944          */
945         local_irq_save(flags);
946
947         stats_cpu = this_cpu_ptr(tg->stats_cpu);
948
949         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->serviced, rw, 1);
950         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->service_bytes, rw, bytes);
951
952         local_irq_restore(flags);
953 }
954
955 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
956 {
957         bool rw = bio_data_dir(bio);
958
959         /* Charge the bio to the group */
960         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_size;
961         tg->io_disp[rw]++;
962
963         /*
964          * REQ_THROTTLED is used to prevent the same bio to be throttled
965          * more than once as a throttled bio will go through blk-throtl the
966          * second time when it eventually gets issued.  Set it when a bio
967          * is being charged to a tg.
968          *
969          * Dispatch stats aren't recursive and each @bio should only be
970          * accounted by the @tg it was originally associated with.  Let's
971          * update the stats when setting REQ_THROTTLED for the first time
972          * which is guaranteed to be for the @bio's original tg.
973          */
974         if (!(bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)) {
975                 bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
976                 throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg), bio->bi_size,
977                                              bio->bi_rw);
978         }
979 }
980
981 /**
982  * throtl_add_bio_tg - add a bio to the specified throtl_grp
983  * @bio: bio to add
984  * @qn: qnode to use
985  * @tg: the target throtl_grp
986  *
987  * Add @bio to @tg's service_queue using @qn.  If @qn is not specified,
988  * tg->qnode_on_self[] is used.
989  */
990 static void throtl_add_bio_tg(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
991                               struct throtl_grp *tg)
992 {
993         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
994         bool rw = bio_data_dir(bio);
995
996         if (!qn)
997                 qn = &tg->qnode_on_self[rw];
998
999         /*
1000          * If @tg doesn't currently have any bios queued in the same
1001          * direction, queueing @bio can change when @tg should be
1002          * dispatched.  Mark that @tg was empty.  This is automatically
1003          * cleaered on the next tg_update_disptime().
1004          */
1005         if (!sq->nr_queued[rw])
1006                 tg->flags |= THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1007
1008         throtl_qnode_add_bio(bio, qn, &sq->queued[rw]);
1009
1010         sq->nr_queued[rw]++;
1011         throtl_enqueue_tg(tg);
1012 }
1013
1014 static void tg_update_disptime(struct throtl_grp *tg)
1015 {
1016         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1017         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
1018         struct bio *bio;
1019
1020         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1021                 tg_may_dispatch(tg, bio, &read_wait);
1022
1023         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1024                 tg_may_dispatch(tg, bio, &write_wait);
1025
1026         min_wait = min(read_wait, write_wait);
1027         disptime = jiffies + min_wait;
1028
1029         /* Update dispatch time */
1030         throtl_dequeue_tg(tg);
1031         tg->disptime = disptime;
1032         throtl_enqueue_tg(tg);
1033
1034         /* see throtl_add_bio_tg() */
1035         tg->flags &= ~THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1036 }
1037
1038 static void start_parent_slice_with_credit(struct throtl_grp *child_tg,
1039                                         struct throtl_grp *parent_tg, bool rw)
1040 {
1041         if (throtl_slice_used(parent_tg, rw)) {
1042                 throtl_start_new_slice_with_credit(parent_tg, rw,
1043                                 child_tg->slice_start[rw]);
1044         }
1045
1046 }
1047
1048 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_grp *tg, bool rw)
1049 {
1050         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1051         struct throtl_service_queue *parent_sq = sq->parent_sq;
1052         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(parent_sq);
1053         struct throtl_grp *tg_to_put = NULL;
1054         struct bio *bio;
1055
1056         /*
1057          * @bio is being transferred from @tg to @parent_sq.  Popping a bio
1058          * from @tg may put its reference and @parent_sq might end up
1059          * getting released prematurely.  Remember the tg to put and put it
1060          * after @bio is transferred to @parent_sq.
1061          */
1062         bio = throtl_pop_queued(&sq->queued[rw], &tg_to_put);
1063         sq->nr_queued[rw]--;
1064
1065         throtl_charge_bio(tg, bio);
1066
1067         /*
1068          * If our parent is another tg, we just need to transfer @bio to
1069          * the parent using throtl_add_bio_tg().  If our parent is
1070          * @td->service_queue, @bio is ready to be issued.  Put it on its
1071          * bio_lists[] and decrease total number queued.  The caller is
1072          * responsible for issuing these bios.
1073          */
1074         if (parent_tg) {
1075                 throtl_add_bio_tg(bio, &tg->qnode_on_parent[rw], parent_tg);
1076                 start_parent_slice_with_credit(tg, parent_tg, rw);
1077         } else {
1078                 throtl_qnode_add_bio(bio, &tg->qnode_on_parent[rw],
1079                                      &parent_sq->queued[rw]);
1080                 BUG_ON(tg->td->nr_queued[rw] <= 0);
1081                 tg->td->nr_queued[rw]--;
1082         }
1083
1084         throtl_trim_slice(tg, rw);
1085
1086         if (tg_to_put)
1087                 blkg_put(tg_to_blkg(tg_to_put));
1088 }
1089
1090 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_grp *tg)
1091 {
1092         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1093         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
1094         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
1095         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
1096         struct bio *bio;
1097
1098         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
1099
1100         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])) &&
1101                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1102
1103                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1104                 nr_reads++;
1105
1106                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
1107                         break;
1108         }
1109
1110         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])) &&
1111                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1112
1113                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1114                 nr_writes++;
1115
1116                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
1117                         break;
1118         }
1119
1120         return nr_reads + nr_writes;
1121 }
1122
1123 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1124 {
1125         unsigned int nr_disp = 0;
1126
1127         while (1) {
1128                 struct throtl_grp *tg = throtl_rb_first(parent_sq);
1129                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1130
1131                 if (!tg)
1132                         break;
1133
1134                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
1135                         break;
1136
1137                 throtl_dequeue_tg(tg);
1138
1139                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(tg);
1140
1141                 if (sq->nr_queued[0] || sq->nr_queued[1])
1142                         tg_update_disptime(tg);
1143
1144                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
1145                         break;
1146         }
1147
1148         return nr_disp;
1149 }
1150
1151 /**
1152  * throtl_pending_timer_fn - timer function for service_queue->pending_timer
1153  * @arg: the throtl_service_queue being serviced
1154  *
1155  * This timer is armed when a child throtl_grp with active bio's become
1156  * pending and queued on the service_queue's pending_tree and expires when
1157  * the first child throtl_grp should be dispatched.  This function
1158  * dispatches bio's from the children throtl_grps to the parent
1159  * service_queue.
1160  *
1161  * If the parent's parent is another throtl_grp, dispatching is propagated
1162  * by either arming its pending_timer or repeating dispatch directly.  If
1163  * the top-level service_tree is reached, throtl_data->dispatch_work is
1164  * kicked so that the ready bio's are issued.
1165  */
1166 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg)
1167 {
1168         struct throtl_service_queue *sq = (void *)arg;
1169         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
1170         struct throtl_data *td = sq_to_td(sq);
1171         struct request_queue *q = td->queue;
1172         struct throtl_service_queue *parent_sq;
1173         bool dispatched;
1174         int ret;
1175
1176         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1177 again:
1178         parent_sq = sq->parent_sq;
1179         dispatched = false;
1180
1181         while (true) {
1182                 throtl_log(sq, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
1183                            sq->nr_queued[READ] + sq->nr_queued[WRITE],
1184                            sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1185
1186                 ret = throtl_select_dispatch(sq);
1187                 if (ret) {
1188                         throtl_log(sq, "bios disp=%u", ret);
1189                         dispatched = true;
1190                 }
1191
1192                 if (throtl_schedule_next_dispatch(sq, false))
1193                         break;
1194
1195                 /* this dispatch windows is still open, relax and repeat */
1196                 spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1197                 cpu_relax();
1198                 spin_lock_irq(q->queue_lock);
1199         }
1200
1201         if (!dispatched)
1202                 goto out_unlock;
1203
1204         if (parent_sq) {
1205                 /* @parent_sq is another throl_grp, propagate dispatch */
1206                 if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1207                         tg_update_disptime(tg);
1208                         if (!throtl_schedule_next_dispatch(parent_sq, false)) {
1209                                 /* window is already open, repeat dispatching */
1210                                 sq = parent_sq;
1211                                 tg = sq_to_tg(sq);
1212                                 goto again;
1213                         }
1214                 }
1215         } else {
1216                 /* reached the top-level, queue issueing */
1217                 queue_work(kthrotld_workqueue, &td->dispatch_work);
1218         }
1219 out_unlock:
1220         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1221 }
1222
1223 /**
1224  * blk_throtl_dispatch_work_fn - work function for throtl_data->dispatch_work
1225  * @work: work item being executed
1226  *
1227  * This function is queued for execution when bio's reach the bio_lists[]
1228  * of throtl_data->service_queue.  Those bio's are ready and issued by this
1229  * function.
1230  */
1231 void blk_throtl_dispatch_work_fn(struct work_struct *work)
1232 {
1233         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
1234                                               dispatch_work);
1235         struct throtl_service_queue *td_sq = &td->service_queue;
1236         struct request_queue *q = td->queue;
1237         struct bio_list bio_list_on_stack;
1238         struct bio *bio;
1239         struct blk_plug plug;
1240         int rw;
1241
1242         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
1243
1244         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1245         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1246                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td_sq->queued[rw], NULL)))
1247                         bio_list_add(&bio_list_on_stack, bio);
1248         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1249
1250         if (!bio_list_empty(&bio_list_on_stack)) {
1251                 blk_start_plug(&plug);
1252                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
1253                         generic_make_request(bio);
1254                 blk_finish_plug(&plug);
1255         }
1256 }
1257
1258 static u64 tg_prfill_cpu_rwstat(struct seq_file *sf,
1259                                 struct blkg_policy_data *pd, int off)
1260 {
1261         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1262         struct blkg_rwstat rwstat = { }, tmp;
1263         int i, cpu;
1264
1265         for_each_possible_cpu(cpu) {
1266                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
1267
1268                 tmp = blkg_rwstat_read((void *)sc + off);
1269                 for (i = 0; i < BLKG_RWSTAT_NR; i++)
1270                         rwstat.cnt[i] += tmp.cnt[i];
1271         }
1272
1273         return __blkg_prfill_rwstat(sf, pd, &rwstat);
1274 }
1275
1276 static int tg_print_cpu_rwstat(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1277                                struct seq_file *sf)
1278 {
1279         struct blkcg *blkcg = cgroup_to_blkcg(cgrp);
1280
1281         blkcg_print_blkgs(sf, blkcg, tg_prfill_cpu_rwstat, &blkcg_policy_throtl,
1282                           cft->private, true);
1283         return 0;
1284 }
1285
1286 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1287                               int off)
1288 {
1289         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1290         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
1291
1292         if (v == -1)
1293                 return 0;
1294         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1295 }
1296
1297 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1298                                int off)
1299 {
1300         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1301         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
1302
1303         if (v == -1)
1304                 return 0;
1305         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1306 }
1307
1308 static int tg_print_conf_u64(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1309                              struct seq_file *sf)
1310 {
1311         blkcg_print_blkgs(sf, cgroup_to_blkcg(cgrp), tg_prfill_conf_u64,
1312                           &blkcg_policy_throtl, cft->private, false);
1313         return 0;
1314 }
1315
1316 static int tg_print_conf_uint(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1317                               struct seq_file *sf)
1318 {
1319         blkcg_print_blkgs(sf, cgroup_to_blkcg(cgrp), tg_prfill_conf_uint,
1320                           &blkcg_policy_throtl, cft->private, false);
1321         return 0;
1322 }
1323
1324 static int tg_set_conf(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft, const char *buf,
1325                        bool is_u64)
1326 {
1327         struct blkcg *blkcg = cgroup_to_blkcg(cgrp);
1328         struct blkg_conf_ctx ctx;
1329         struct throtl_grp *tg;
1330         struct throtl_service_queue *sq;
1331         struct blkcg_gq *blkg;
1332         struct cgroup *pos_cgrp;
1333         int ret;
1334
1335         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1336         if (ret)
1337                 return ret;
1338
1339         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1340         sq = &tg->service_queue;
1341
1342         if (!ctx.v)
1343                 ctx.v = -1;
1344
1345         if (is_u64)
1346                 *(u64 *)((void *)tg + cft->private) = ctx.v;
1347         else
1348                 *(unsigned int *)((void *)tg + cft->private) = ctx.v;
1349
1350         throtl_log(&tg->service_queue,
1351                    "limit change rbps=%llu wbps=%llu riops=%u wiops=%u",
1352                    tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
1353                    tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
1354
1355         /*
1356          * Update has_rules[] flags for the updated tg's subtree.  A tg is
1357          * considered to have rules if either the tg itself or any of its
1358          * ancestors has rules.  This identifies groups without any
1359          * restrictions in the whole hierarchy and allows them to bypass
1360          * blk-throttle.
1361          */
1362         tg_update_has_rules(tg);
1363         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_cgrp, ctx.blkg)
1364                 tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
1365
1366         /*
1367          * We're already holding queue_lock and know @tg is valid.  Let's
1368          * apply the new config directly.
1369          *
1370          * Restart the slices for both READ and WRITES. It might happen
1371          * that a group's limit are dropped suddenly and we don't want to
1372          * account recently dispatched IO with new low rate.
1373          */
1374         throtl_start_new_slice(tg, 0);
1375         throtl_start_new_slice(tg, 1);
1376
1377         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING) {
1378                 tg_update_disptime(tg);
1379                 throtl_schedule_next_dispatch(sq->parent_sq, true);
1380         }
1381
1382         blkg_conf_finish(&ctx);
1383         return 0;
1384 }
1385
1386 static int tg_set_conf_u64(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1387                            const char *buf)
1388 {
1389         return tg_set_conf(cgrp, cft, buf, true);
1390 }
1391
1392 static int tg_set_conf_uint(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1393                             const char *buf)
1394 {
1395         return tg_set_conf(cgrp, cft, buf, false);
1396 }
1397
1398 static struct cftype throtl_files[] = {
1399         {
1400                 .name = "throttle.read_bps_device",
1401                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1402                 .read_seq_string = tg_print_conf_u64,
1403                 .write_string = tg_set_conf_u64,
1404                 .max_write_len = 256,
1405         },
1406         {
1407                 .name = "throttle.write_bps_device",
1408                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1409                 .read_seq_string = tg_print_conf_u64,
1410                 .write_string = tg_set_conf_u64,
1411                 .max_write_len = 256,
1412         },
1413         {
1414                 .name = "throttle.read_iops_device",
1415                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1416                 .read_seq_string = tg_print_conf_uint,
1417                 .write_string = tg_set_conf_uint,
1418                 .max_write_len = 256,
1419         },
1420         {
1421                 .name = "throttle.write_iops_device",
1422                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1423                 .read_seq_string = tg_print_conf_uint,
1424                 .write_string = tg_set_conf_uint,
1425                 .max_write_len = 256,
1426         },
1427         {
1428                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1429                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, service_bytes),
1430                 .read_seq_string = tg_print_cpu_rwstat,
1431         },
1432         {
1433                 .name = "throttle.io_serviced",
1434                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, serviced),
1435                 .read_seq_string = tg_print_cpu_rwstat,
1436         },
1437         { }     /* terminate */
1438 };
1439
1440 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1441 {
1442         struct throtl_data *td = q->td;
1443
1444         cancel_work_sync(&td->dispatch_work);
1445 }
1446
1447 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1448         .pd_size                = sizeof(struct throtl_grp),
1449         .cftypes                = throtl_files,
1450
1451         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1452         .pd_online_fn           = throtl_pd_online,
1453         .pd_exit_fn             = throtl_pd_exit,
1454         .pd_reset_stats_fn      = throtl_pd_reset_stats,
1455 };
1456
1457 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1458 {
1459         struct throtl_data *td = q->td;
1460         struct throtl_qnode *qn = NULL;
1461         struct throtl_grp *tg;
1462         struct throtl_service_queue *sq;
1463         bool rw = bio_data_dir(bio);
1464         struct blkcg *blkcg;
1465         bool throttled = false;
1466
1467         /* see throtl_charge_bio() */
1468         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)
1469                 goto out;
1470
1471         /*
1472          * A throtl_grp pointer retrieved under rcu can be used to access
1473          * basic fields like stats and io rates. If a group has no rules,
1474          * just update the dispatch stats in lockless manner and return.
1475          */
1476         rcu_read_lock();
1477         blkcg = bio_blkcg(bio);
1478         tg = throtl_lookup_tg(td, blkcg);
1479         if (tg) {
1480                 if (!tg->has_rules[rw]) {
1481                         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1482                                                      bio->bi_size, bio->bi_rw);
1483                         goto out_unlock_rcu;
1484                 }
1485         }
1486
1487         /*
1488          * Either group has not been allocated yet or it is not an unlimited
1489          * IO group
1490          */
1491         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1492         tg = throtl_lookup_create_tg(td, blkcg);
1493         if (unlikely(!tg))
1494                 goto out_unlock;
1495
1496         sq = &tg->service_queue;
1497
1498         while (true) {
1499                 /* throtl is FIFO - if bios are already queued, should queue */
1500                 if (sq->nr_queued[rw])
1501                         break;
1502
1503                 /* if above limits, break to queue */
1504                 if (!tg_may_dispatch(tg, bio, NULL))
1505                         break;
1506
1507                 /* within limits, let's charge and dispatch directly */
1508                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1509
1510                 /*
1511                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1512                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1513                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1514                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1515                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1516                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1517                  * time.
1518                  *
1519                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1520                  */
1521                 throtl_trim_slice(tg, rw);
1522
1523                 /*
1524                  * @bio passed through this layer without being throttled.
1525                  * Climb up the ladder.  If we''re already at the top, it
1526                  * can be executed directly.
1527                  */
1528                 qn = &tg->qnode_on_parent[rw];
1529                 sq = sq->parent_sq;
1530                 tg = sq_to_tg(sq);
1531                 if (!tg)
1532                         goto out_unlock;
1533         }
1534
1535         /* out-of-limit, queue to @tg */
1536         throtl_log(sq, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1537                    rw == READ ? 'R' : 'W',
1538                    tg->bytes_disp[rw], bio->bi_size, tg->bps[rw],
1539                    tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1540                    sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1541
1542         bio_associate_current(bio);
1543         tg->td->nr_queued[rw]++;
1544         throtl_add_bio_tg(bio, qn, tg);
1545         throttled = true;
1546
1547         /*
1548          * Update @tg's dispatch time and force schedule dispatch if @tg
1549          * was empty before @bio.  The forced scheduling isn't likely to
1550          * cause undue delay as @bio is likely to be dispatched directly if
1551          * its @tg's disptime is not in the future.
1552          */
1553         if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1554                 tg_update_disptime(tg);
1555                 throtl_schedule_next_dispatch(tg->service_queue.parent_sq, true);
1556         }
1557
1558 out_unlock:
1559         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1560 out_unlock_rcu:
1561         rcu_read_unlock();
1562 out:
1563         /*
1564          * As multiple blk-throtls may stack in the same issue path, we
1565          * don't want bios to leave with the flag set.  Clear the flag if
1566          * being issued.
1567          */
1568         if (!throttled)
1569                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1570         return throttled;
1571 }
1572
1573 /*
1574  * Dispatch all bios from all children tg's queued on @parent_sq.  On
1575  * return, @parent_sq is guaranteed to not have any active children tg's
1576  * and all bios from previously active tg's are on @parent_sq->bio_lists[].
1577  */
1578 static void tg_drain_bios(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1579 {
1580         struct throtl_grp *tg;
1581
1582         while ((tg = throtl_rb_first(parent_sq))) {
1583                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1584                 struct bio *bio;
1585
1586                 throtl_dequeue_tg(tg);
1587
1588                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1589                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1590                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1591                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1592         }
1593 }
1594
1595 /**
1596  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1597  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1598  *
1599  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1600  */
1601 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1602         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1603 {
1604         struct throtl_data *td = q->td;
1605         struct blkcg_gq *blkg;
1606         struct cgroup *pos_cgrp;
1607         struct bio *bio;
1608         int rw;
1609
1610         queue_lockdep_assert_held(q);
1611         rcu_read_lock();
1612
1613         /*
1614          * Drain each tg while doing post-order walk on the blkg tree, so
1615          * that all bios are propagated to td->service_queue.  It'd be
1616          * better to walk service_queue tree directly but blkg walk is
1617          * easier.
1618          */
1619         blkg_for_each_descendant_post(blkg, pos_cgrp, td->queue->root_blkg)
1620                 tg_drain_bios(&blkg_to_tg(blkg)->service_queue);
1621
1622         tg_drain_bios(&td_root_tg(td)->service_queue);
1623
1624         /* finally, transfer bios from top-level tg's into the td */
1625         tg_drain_bios(&td->service_queue);
1626
1627         rcu_read_unlock();
1628         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1629
1630         /* all bios now should be in td->service_queue, issue them */
1631         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1632                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td->service_queue.queued[rw],
1633                                                 NULL)))
1634                         generic_make_request(bio);
1635
1636         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1637 }
1638
1639 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1640 {
1641         struct throtl_data *td;
1642         int ret;
1643
1644         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1645         if (!td)
1646                 return -ENOMEM;
1647
1648         INIT_WORK(&td->dispatch_work, blk_throtl_dispatch_work_fn);
1649         throtl_service_queue_init(&td->service_queue, NULL);
1650
1651         q->td = td;
1652         td->queue = q;
1653
1654         /* activate policy */
1655         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1656         if (ret)
1657                 kfree(td);
1658         return ret;
1659 }
1660
1661 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1662 {
1663         BUG_ON(!q->td);
1664         throtl_shutdown_wq(q);
1665         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1666         kfree(q->td);
1667 }
1668
1669 static int __init throtl_init(void)
1670 {
1671         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1672         if (!kthrotld_workqueue)
1673                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1674
1675         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1676 }
1677
1678 module_init(throtl_init);