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 <linux/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 struct throtl_grp {
  87         /* must be the first member */
  88         struct blkg_policy_data pd;
  89
  90         /* active throtl group service_queue member */
  91         struct rb_node rb_node;
  92
  93         /* throtl_data this group belongs to */
  94         struct throtl_data *td;
  95
  96         /* this group's service queue */
  97         struct throtl_service_queue service_queue;
  98
  99         /*
 100          * qnode_on_self is used when bios are directly queued to this
 101          * throtl_grp so that local bios compete fairly with bios
 102          * dispatched from children.  qnode_on_parent is used when bios are
 103          * dispatched from this throtl_grp into its parent and will compete
 104          * with the sibling qnode_on_parents and the parent's
 105          * qnode_on_self.
 106          */
 107         struct throtl_qnode qnode_on_self[2];
 108         struct throtl_qnode qnode_on_parent[2];
 109
 110         /*
 111          * Dispatch time in jiffies. This is the estimated time when group
 112          * will unthrottle and is ready to dispatch more bio. It is used as
 113          * key to sort active groups in service tree.
 114          */
 115         unsigned long disptime;
 116
 117         unsigned int flags;
 118
 119         /* are there any throtl rules between this group and td? */
 120         bool has_rules[2];
 121
 122         /* bytes per second rate limits */
 123         uint64_t bps[2];
 124
 125         /* IOPS limits */
 126         unsigned int iops[2];
 127
 128         /* Number of bytes disptached in current slice */
 129         uint64_t bytes_disp[2];
 130         /* Number of bio's dispatched in current slice */
 131         unsigned int io_disp[2];
 132
 133         /* When did we start a new slice */
 134         unsigned long slice_start[2];
 135         unsigned long slice_end[2];
 136 };
 137
 138 struct throtl_data
 139 {
 140         /* service tree for active throtl groups */
 141         struct throtl_service_queue service_queue;
 142
 143         struct request_queue *queue;
 144
 145         /* Total Number of queued bios on READ and WRITE lists */
 146         unsigned int nr_queued[2];
 147
 148         /*
 149          * number of total undestroyed groups
 150          */
 151         unsigned int nr_undestroyed_grps;
 152
 153         /* Work for dispatching throttled bios */
 154         struct work_struct dispatch_work;
 155 };
 156
 157 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg);
 158
 159 static inline struct throtl_grp *pd_to_tg(struct blkg_policy_data *pd)
 160 {
 161         return pd ? container_of(pd, struct throtl_grp, pd) : NULL;
 162 }
 163
 164 static inline struct throtl_grp *blkg_to_tg(struct blkcg_gq *blkg)
 165 {
 166         return pd_to_tg(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_throtl));
 167 }
 168
 169 static inline struct blkcg_gq *tg_to_blkg(struct throtl_grp *tg)
 170 {
 171         return pd_to_blkg(&tg->pd);
 172 }
 173
 174 /**
 175  * sq_to_tg - return the throl_grp the specified service queue belongs to
 176  * @sq: the throtl_service_queue of interest
 177  *
 178  * Return the throtl_grp @sq belongs to.  If @sq is the top-level one
 179  * embedded in throtl_data, %NULL is returned.
 180  */
 181 static struct throtl_grp *sq_to_tg(struct throtl_service_queue *sq)
 182 {
 183         if (sq && sq->parent_sq)
 184                 return container_of(sq, struct throtl_grp, service_queue);
 185         else
 186                 return NULL;
 187 }
 188
 189 /**
 190  * sq_to_td - return throtl_data the specified service queue belongs to
 191  * @sq: the throtl_service_queue of interest
 192  *
 193  * A service_queue can be embeded in either a throtl_grp or throtl_data.
 194  * Determine the associated throtl_data accordingly and return it.
 195  */
 196 static struct throtl_data *sq_to_td(struct throtl_service_queue *sq)
 197 {
 198         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
 199
 200         if (tg)
 201                 return tg->td;
 202         else
 203                 return container_of(sq, struct throtl_data, service_queue);
 204 }
 205
 206 /**
 207  * throtl_log - log debug message via blktrace
 208  * @sq: the service_queue being reported
 209  * @fmt: printf format string
 210  * @args: printf args
 211  *
 212  * The messages are prefixed with "throtl BLKG_NAME" if @sq belongs to a
 213  * throtl_grp; otherwise, just "throtl".
 214  *
 215  * TODO: this should be made a function and name formatting should happen
 216  * after testing whether blktrace is enabled.
 217  */
 218 #define throtl_log(sq, fmt, args...)    do {                            \
 219         struct throtl_grp *__tg = sq_to_tg((sq));                       \
 220         struct throtl_data *__td = sq_to_td((sq));                      \
 221                                                                         \
 222         (void)__td;                                                     \
 223         if ((__tg)) {                                                   \
 224                 char __pbuf[128];                                       \
 225                                                                         \
 226                 blkg_path(tg_to_blkg(__tg), __pbuf, sizeof(__pbuf));    \
 227                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl %s " fmt, __pbuf, ##args); \
 228         } else {                                                        \
 229                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl " fmt, ##args);  \
 230         }                                                               \
 231 } while (0)
 232
 233 static void throtl_qnode_init(struct throtl_qnode *qn, struct throtl_grp *tg)
 234 {
 235         INIT_LIST_HEAD(&qn->node);
 236         bio_list_init(&qn->bios);
 237         qn->tg = tg;
 238 }
 239
 240 /**
 241  * throtl_qnode_add_bio - add a bio to a throtl_qnode and activate it
 242  * @bio: bio being added
 243  * @qn: qnode to add bio to
 244  * @queued: the service_queue->queued[] list @qn belongs to
 245  *
 246  * Add @bio to @qn and put @qn on @queued if it's not already on.
 247  * @qn->tg's reference count is bumped when @qn is activated.  See the
 248  * comment on top of throtl_qnode definition for details.
 249  */
 250 static void throtl_qnode_add_bio(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
 251                                  struct list_head *queued)
 252 {
 253         bio_list_add(&qn->bios, bio);
 254         if (list_empty(&qn->node)) {
 255                 list_add_tail(&qn->node, queued);
 256                 blkg_get(tg_to_blkg(qn->tg));
 257         }
 258 }
 259
 260 /**
 261  * throtl_peek_queued - peek the first bio on a qnode list
 262  * @queued: the qnode list to peek
 263  */
 264 static struct bio *throtl_peek_queued(struct list_head *queued)
 265 {
 266         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
 267         struct bio *bio;
 268
 269         if (list_empty(queued))
 270                 return NULL;
 271
 272         bio = bio_list_peek(&qn->bios);
 273         WARN_ON_ONCE(!bio);
 274         return bio;
 275 }
 276
 277 /**
 278  * throtl_pop_queued - pop the first bio form a qnode list
 279  * @queued: the qnode list to pop a bio from
 280  * @tg_to_put: optional out argument for throtl_grp to put
 281  *
 282  * Pop the first bio from the qnode list @queued.  After popping, the first
 283  * qnode is removed from @queued if empty or moved to the end of @queued so
 284  * that the popping order is round-robin.
 285  *
 286  * When the first qnode is removed, its associated throtl_grp should be put
 287  * too.  If @tg_to_put is NULL, this function automatically puts it;
 288  * otherwise, *@tg_to_put is set to the throtl_grp to put and the caller is
 289  * responsible for putting it.
 290  */
 291 static struct bio *throtl_pop_queued(struct list_head *queued,
 292                                      struct throtl_grp **tg_to_put)
 293 {
 294         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
 295         struct bio *bio;
 296
 297         if (list_empty(queued))
 298                 return NULL;
 299
 300         bio = bio_list_pop(&qn->bios);
 301         WARN_ON_ONCE(!bio);
 302
 303         if (bio_list_empty(&qn->bios)) {
 304                 list_del_init(&qn->node);
 305                 if (tg_to_put)
 306                         *tg_to_put = qn->tg;
 307                 else
 308                         blkg_put(tg_to_blkg(qn->tg));
 309         } else {
 310                 list_move_tail(&qn->node, queued);
 311         }
 312
 313         return bio;
 314 }
 315
 316 /* init a service_queue, assumes the caller zeroed it */
 317 static void throtl_service_queue_init(struct throtl_service_queue *sq)
 318 {
 319         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[0]);
 320         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[1]);
 321         sq->pending_tree = RB_ROOT;
 322         setup_timer(&sq->pending_timer, throtl_pending_timer_fn,
 323                     (unsigned long)sq);
 324 }
 325
 326 static struct blkg_policy_data *throtl_pd_alloc(gfp_t gfp, int node)
 327 {
 328         struct throtl_grp *tg;
 329         int rw;
 330
 331         tg = kzalloc_node(sizeof(*tg), gfp, node);
 332         if (!tg)
 333                 return NULL;
 334
 335         throtl_service_queue_init(&tg->service_queue);
 336
 337         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++) {
 338                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_self[rw], tg);
 339                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_parent[rw], tg);
 340         }
 341
 342         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
 343         tg->bps[READ] = -1;
 344         tg->bps[WRITE] = -1;
 345         tg->iops[READ] = -1;
 346         tg->iops[WRITE] = -1;
 347
 348         return &tg->pd;
 349 }
 350
 351 static void throtl_pd_init(struct blkg_policy_data *pd)
 352 {
 353         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
 354         struct blkcg_gq *blkg = tg_to_blkg(tg);
 355         struct throtl_data *td = blkg->q->td;
 356         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
 357
 358         /*
 359          * If on the default hierarchy, we switch to properly hierarchical
 360          * behavior where limits on a given throtl_grp are applied to the
 361          * whole subtree rather than just the group itself.  e.g. If 16M
 362          * read_bps limit is set on the root group, the whole system can't
 363          * exceed 16M for the device.
 364          *
 365          * If not on the default hierarchy, the broken flat hierarchy
 366          * behavior is retained where all throtl_grps are treated as if
 367          * they're all separate root groups right below throtl_data.
 368          * Limits of a group don't interact with limits of other groups
 369          * regardless of the position of the group in the hierarchy.
 370          */
 371         sq->parent_sq = &td->service_queue;
 372         if (cgroup_on_dfl(blkg->blkcg->css.cgroup) && blkg->parent)
 373                 sq->parent_sq = &blkg_to_tg(blkg->parent)->service_queue;
 374         tg->td = td;
 375 }
 376
 377 /*
 378  * Set has_rules[] if @tg or any of its parents have limits configured.
 379  * This doesn't require walking up to the top of the hierarchy as the
 380  * parent's has_rules[] is guaranteed to be correct.
 381  */
 382 static void tg_update_has_rules(struct throtl_grp *tg)
 383 {
 384         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(tg->service_queue.parent_sq);
 385         int rw;
 386
 387         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
 388                 tg->has_rules[rw] = (parent_tg && parent_tg->has_rules[rw]) ||
 389                                     (tg->bps[rw] != -1 || tg->iops[rw] != -1);
 390 }
 391
 392 static void throtl_pd_online(struct blkg_policy_data *pd)
 393 {
 394         /*
 395          * We don't want new groups to escape the limits of its ancestors.
 396          * Update has_rules[] after a new group is brought online.
 397          */
 398         tg_update_has_rules(pd_to_tg(pd));
 399 }
 400
 401 static void throtl_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
 402 {
 403         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
 404
 405         del_timer_sync(&tg->service_queue.pending_timer);
 406         kfree(tg);
 407 }
 408
 409 static struct throtl_grp *
 410 throtl_rb_first(struct throtl_service_queue *parent_sq)
 411 {
 412         /* Service tree is empty */
 413         if (!parent_sq->nr_pending)
 414                 return NULL;
 415
 416         if (!parent_sq->first_pending)
 417                 parent_sq->first_pending = rb_first(&parent_sq->pending_tree);
 418
 419         if (parent_sq->first_pending)
 420                 return rb_entry_tg(parent_sq->first_pending);
 421
 422         return NULL;
 423 }
 424
 425 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
 426 {
 427         rb_erase(n, root);
 428         RB_CLEAR_NODE(n);
 429 }
 430
 431 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n,
 432                             struct throtl_service_queue *parent_sq)
 433 {
 434         if (parent_sq->first_pending == n)
 435                 parent_sq->first_pending = NULL;
 436         rb_erase_init(n, &parent_sq->pending_tree);
 437         --parent_sq->nr_pending;
 438 }
 439
 440 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_service_queue *parent_sq)
 441 {
 442         struct throtl_grp *tg;
 443
 444         tg = throtl_rb_first(parent_sq);
 445         if (!tg)
 446                 return;
 447
 448         parent_sq->first_pending_disptime = tg->disptime;
 449 }
 450
 451 static void tg_service_queue_add(struct throtl_grp *tg)
 452 {
 453         struct throtl_service_queue *parent_sq = tg->service_queue.parent_sq;
 454         struct rb_node **node = &parent_sq->pending_tree.rb_node;
 455         struct rb_node *parent = NULL;
 456         struct throtl_grp *__tg;
 457         unsigned long key = tg->disptime;
 458         int left = 1;
 459
 460         while (*node != NULL) {
 461                 parent = *node;
 462                 __tg = rb_entry_tg(parent);
 463
 464                 if (time_before(key, __tg->disptime))
 465                         node = &parent->rb_left;
 466                 else {
 467                         node = &parent->rb_right;
 468                         left = 0;
 469                 }
 470         }
 471
 472         if (left)
 473                 parent_sq->first_pending = &tg->rb_node;
 474
 475         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
 476         rb_insert_color(&tg->rb_node, &parent_sq->pending_tree);
 477 }
 478
 479 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
 480 {
 481         tg_service_queue_add(tg);
 482         tg->flags |= THROTL_TG_PENDING;
 483         tg->service_queue.parent_sq->nr_pending++;
 484 }
 485
 486 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
 487 {
 488         if (!(tg->flags & THROTL_TG_PENDING))
 489                 __throtl_enqueue_tg(tg);
 490 }
 491
 492 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
 493 {
 494         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, tg->service_queue.parent_sq);
 495         tg->flags &= ~THROTL_TG_PENDING;
 496 }
 497
 498 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
 499 {
 500         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING)
 501                 __throtl_dequeue_tg(tg);
 502 }
 503
 504 /* Call with queue lock held */
 505 static void throtl_schedule_pending_timer(struct throtl_service_queue *sq,
 506                                           unsigned long expires)
 507 {
 508         mod_timer(&sq->pending_timer, expires);
 509         throtl_log(sq, "schedule timer. delay=%lu jiffies=%lu",
 510                    expires - jiffies, jiffies);
 511 }
 512
 513 /**
 514  * throtl_schedule_next_dispatch - schedule the next dispatch cycle
 515  * @sq: the service_queue to schedule dispatch for
 516  * @force: force scheduling
 517  *
 518  * Arm @sq->pending_timer so that the next dispatch cycle starts on the
 519  * dispatch time of the first pending child.  Returns %true if either timer
 520  * is armed or there's no pending child left.  %false if the current
 521  * dispatch window is still open and the caller should continue
 522  * dispatching.
 523  *
 524  * If @force is %true, the dispatch timer is always scheduled and this
 525  * function is guaranteed to return %true.  This is to be used when the
 526  * caller can't dispatch itself and needs to invoke pending_timer
 527  * unconditionally.  Note that forced scheduling is likely to induce short
 528  * delay before dispatch starts even if @sq->first_pending_disptime is not
 529  * in the future and thus shouldn't be used in hot paths.
 530  */
 531 static bool throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_service_queue *sq,
 532                                           bool force)
 533 {
 534         /* any pending children left? */
 535         if (!sq->nr_pending)
 536                 return true;
 537
 538         update_min_dispatch_time(sq);
 539
 540         /* is the next dispatch time in the future? */
 541         if (force || time_after(sq->first_pending_disptime, jiffies)) {
 542                 throtl_schedule_pending_timer(sq, sq->first_pending_disptime);
 543                 return true;
 544         }
 545
 546         /* tell the caller to continue dispatching */
 547         return false;
 548 }
 549
 550 static inline void throtl_start_new_slice_with_credit(struct throtl_grp *tg,
 551                 bool rw, unsigned long start)
 552 {
 553         tg->bytes_disp[rw] = 0;
 554         tg->io_disp[rw] = 0;
 555
 556         /*
 557          * Previous slice has expired. We must have trimmed it after last
 558          * bio dispatch. That means since start of last slice, we never used
 559          * that bandwidth. Do try to make use of that bandwidth while giving
 560          * credit.
 561          */
 562         if (time_after_eq(start, tg->slice_start[rw]))
 563                 tg->slice_start[rw] = start;
 564
 565         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
 566         throtl_log(&tg->service_queue,
 567                    "[%c] new slice with credit start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 568                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 569                    tg->slice_end[rw], jiffies);
 570 }
 571
 572 static inline void throtl_start_new_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
 573 {
 574         tg->bytes_disp[rw] = 0;
 575         tg->io_disp[rw] = 0;
 576         tg->slice_start[rw] = jiffies;
 577         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
 578         throtl_log(&tg->service_queue,
 579                    "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 580                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 581                    tg->slice_end[rw], jiffies);
 582 }
 583
 584 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_grp *tg, bool rw,
 585                                         unsigned long jiffy_end)
 586 {
 587         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
 588 }
 589
 590 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw,
 591                                        unsigned long jiffy_end)
 592 {
 593         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
 594         throtl_log(&tg->service_queue,
 595                    "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 596                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 597                    tg->slice_end[rw], jiffies);
 598 }
 599
 600 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
 601 static bool throtl_slice_used(struct throtl_grp *tg, bool rw)
 602 {
 603         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
 604                 return false;
 605
 606         return 1;
 607 }
 608
 609 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
 610 static inline void throtl_trim_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
 611 {
 612         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
 613         u64 bytes_trim, tmp;
 614
 615         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
 616
 617         /*
 618          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
 619          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
 620          * slice will start when appropriate.
 621          */
 622         if (throtl_slice_used(tg, rw))
 623                 return;
 624
 625         /*
 626          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
 627          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
 628          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
 629          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
 630          * is bad because it does not allow new slice to start.
 631          */
 632
 633         throtl_set_slice_end(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
 634
 635         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
 636
 637         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
 638
 639         if (!nr_slices)
 640                 return;
 641         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
 642         do_div(tmp, HZ);
 643         bytes_trim = tmp;
 644
 645         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
 646
 647         if (!bytes_trim && !io_trim)
 648                 return;
 649
 650         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
 651                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
 652         else
 653                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
 654
 655         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
 656                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
 657         else
 658                 tg->io_disp[rw] = 0;
 659
 660         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
 661
 662         throtl_log(&tg->service_queue,
 663                    "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 664                    rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
 665                    tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
 666 }
 667
 668 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
 669                                   unsigned long *wait)
 670 {
 671         bool rw = bio_data_dir(bio);
 672         unsigned int io_allowed;
 673         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
 674         u64 tmp;
 675
 676         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
 677
 678         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
 679         if (!jiffy_elapsed)
 680                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
 681
 682         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
 683
 684         /*
 685          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
 686          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
 687          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
 688          * have been trimmed.
 689          */
 690
 691         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
 692         do_div(tmp, HZ);
 693
 694         if (tmp > UINT_MAX)
 695                 io_allowed = UINT_MAX;
 696         else
 697                 io_allowed = tmp;
 698
 699         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
 700                 if (wait)
 701                         *wait = 0;
 702                 return true;
 703         }
 704
 705         /* Calc approx time to dispatch */
 706         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
 707
 708         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
 709                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
 710         else
 711                 jiffy_wait = 1;
 712
 713         if (wait)
 714                 *wait = jiffy_wait;
 715         return 0;
 716 }
 717
 718 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
 719                                  unsigned long *wait)
 720 {
 721         bool rw = bio_data_dir(bio);
 722         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
 723         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
 724
 725         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
 726
 727         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
 728         if (!jiffy_elapsed)
 729                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
 730
 731         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
 732
 733         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
 734         do_div(tmp, HZ);
 735         bytes_allowed = tmp;
 736
 737         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size <= bytes_allowed) {
 738                 if (wait)
 739                         *wait = 0;
 740                 return true;
 741         }
 742
 743         /* Calc approx time to dispatch */
 744         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size - bytes_allowed;
 745         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
 746
 747         if (!jiffy_wait)
 748                 jiffy_wait = 1;
 749
 750         /*
 751          * This wait time is without taking into consideration the rounding
 752          * up we did. Add that time also.
 753          */
 754         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
 755         if (wait)
 756                 *wait = jiffy_wait;
 757         return 0;
 758 }
 759
 760 /*
 761  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
 762  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
 763  */
 764 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
 765                             unsigned long *wait)
 766 {
 767         bool rw = bio_data_dir(bio);
 768         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
 769
 770         /*
 771          * Currently whole state machine of group depends on first bio
 772          * queued in the group bio list. So one should not be calling
 773          * this function with a different bio if there are other bios
 774          * queued.
 775          */
 776         BUG_ON(tg->service_queue.nr_queued[rw] &&
 777                bio != throtl_peek_queued(&tg->service_queue.queued[rw]));
 778
 779         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
 780         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
 781                 if (wait)
 782                         *wait = 0;
 783                 return true;
 784         }
 785
 786         /*
 787          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
 788          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
 789          * long since now.
 790          */
 791         if (throtl_slice_used(tg, rw))
 792                 throtl_start_new_slice(tg, rw);
 793         else {
 794                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
 795                         throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
 796         }
 797
 798         if (tg_with_in_bps_limit(tg, bio, &bps_wait) &&
 799             tg_with_in_iops_limit(tg, bio, &iops_wait)) {
 800                 if (wait)
 801                         *wait = 0;
 802                 return 1;
 803         }
 804
 805         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
 806
 807         if (wait)
 808                 *wait = max_wait;
 809
 810         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
 811                 throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + max_wait);
 812
 813         return 0;
 814 }
 815
 816 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
 817 {
 818         bool rw = bio_data_dir(bio);
 819
 820         /* Charge the bio to the group */
 821         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_iter.bi_size;
 822         tg->io_disp[rw]++;
 823
 824         /*
 825          * REQ_THROTTLED is used to prevent the same bio to be throttled
 826          * more than once as a throttled bio will go through blk-throtl the
 827          * second time when it eventually gets issued.  Set it when a bio
 828          * is being charged to a tg.
 829          */
 830         if (!(bio->bi_rw & REQ_THROTTLED))
 831                 bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
 832 }
 833
 834 /**
 835  * throtl_add_bio_tg - add a bio to the specified throtl_grp
 836  * @bio: bio to add
 837  * @qn: qnode to use
 838  * @tg: the target throtl_grp
 839  *
 840  * Add @bio to @tg's service_queue using @qn.  If @qn is not specified,
 841  * tg->qnode_on_self[] is used.
 842  */
 843 static void throtl_add_bio_tg(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
 844                               struct throtl_grp *tg)
 845 {
 846         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
 847         bool rw = bio_data_dir(bio);
 848
 849         if (!qn)
 850                 qn = &tg->qnode_on_self[rw];
 851
 852         /*
 853          * If @tg doesn't currently have any bios queued in the same
 854          * direction, queueing @bio can change when @tg should be
 855          * dispatched.  Mark that @tg was empty.  This is automatically
 856          * cleaered on the next tg_update_disptime().
 857          */
 858         if (!sq->nr_queued[rw])
 859                 tg->flags |= THROTL_TG_WAS_EMPTY;
 860
 861         throtl_qnode_add_bio(bio, qn, &sq->queued[rw]);
 862
 863         sq->nr_queued[rw]++;
 864         throtl_enqueue_tg(tg);
 865 }
 866
 867 static void tg_update_disptime(struct throtl_grp *tg)
 868 {
 869         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
 870         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
 871         struct bio *bio;
 872
 873         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
 874                 tg_may_dispatch(tg, bio, &read_wait);
 875
 876         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
 877                 tg_may_dispatch(tg, bio, &write_wait);
 878
 879         min_wait = min(read_wait, write_wait);
 880         disptime = jiffies + min_wait;
 881
 882         /* Update dispatch time */
 883         throtl_dequeue_tg(tg);
 884         tg->disptime = disptime;
 885         throtl_enqueue_tg(tg);
 886
 887         /* see throtl_add_bio_tg() */
 888         tg->flags &= ~THROTL_TG_WAS_EMPTY;
 889 }
 890
 891 static void start_parent_slice_with_credit(struct throtl_grp *child_tg,
 892                                         struct throtl_grp *parent_tg, bool rw)
 893 {
 894         if (throtl_slice_used(parent_tg, rw)) {
 895                 throtl_start_new_slice_with_credit(parent_tg, rw,
 896                                 child_tg->slice_start[rw]);
 897         }
 898
 899 }
 900
 901 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_grp *tg, bool rw)
 902 {
 903         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
 904         struct throtl_service_queue *parent_sq = sq->parent_sq;
 905         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(parent_sq);
 906         struct throtl_grp *tg_to_put = NULL;
 907         struct bio *bio;
 908
 909         /*
 910          * @bio is being transferred from @tg to @parent_sq.  Popping a bio
 911          * from @tg may put its reference and @parent_sq might end up
 912          * getting released prematurely.  Remember the tg to put and put it
 913          * after @bio is transferred to @parent_sq.
 914          */
 915         bio = throtl_pop_queued(&sq->queued[rw], &tg_to_put);
 916         sq->nr_queued[rw]--;
 917
 918         throtl_charge_bio(tg, bio);
 919
 920         /*
 921          * If our parent is another tg, we just need to transfer @bio to
 922          * the parent using throtl_add_bio_tg().  If our parent is
 923          * @td->service_queue, @bio is ready to be issued.  Put it on its
 924          * bio_lists[] and decrease total number queued.  The caller is
 925          * responsible for issuing these bios.
 926          */
 927         if (parent_tg) {
 928                 throtl_add_bio_tg(bio, &tg->qnode_on_parent[rw], parent_tg);
 929                 start_parent_slice_with_credit(tg, parent_tg, rw);
 930         } else {
 931                 throtl_qnode_add_bio(bio, &tg->qnode_on_parent[rw],
 932                                      &parent_sq->queued[rw]);
 933                 BUG_ON(tg->td->nr_queued[rw] <= 0);
 934                 tg->td->nr_queued[rw]--;
 935         }
 936
 937         throtl_trim_slice(tg, rw);
 938
 939         if (tg_to_put)
 940                 blkg_put(tg_to_blkg(tg_to_put));
 941 }
 942
 943 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_grp *tg)
 944 {
 945         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
 946         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
 947         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
 948         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
 949         struct bio *bio;
 950
 951         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
 952
 953         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])) &&
 954                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
 955
 956                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
 957                 nr_reads++;
 958
 959                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
 960                         break;
 961         }
 962
 963         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])) &&
 964                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
 965
 966                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
 967                 nr_writes++;
 968
 969                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
 970                         break;
 971         }
 972
 973         return nr_reads + nr_writes;
 974 }
 975
 976 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_service_queue *parent_sq)
 977 {
 978         unsigned int nr_disp = 0;
 979
 980         while (1) {
 981                 struct throtl_grp *tg = throtl_rb_first(parent_sq);
 982                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
 983
 984                 if (!tg)
 985                         break;
 986
 987                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
 988                         break;
 989
 990                 throtl_dequeue_tg(tg);
 991
 992                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(tg);
 993
 994                 if (sq->nr_queued[0] || sq->nr_queued[1])
 995                         tg_update_disptime(tg);
 996
 997                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
 998                         break;
 999         }
1000
1001         return nr_disp;
1002 }
1003
1004 /**
1005  * throtl_pending_timer_fn - timer function for service_queue->pending_timer
1006  * @arg: the throtl_service_queue being serviced
1007  *
1008  * This timer is armed when a child throtl_grp with active bio's become
1009  * pending and queued on the service_queue's pending_tree and expires when
1010  * the first child throtl_grp should be dispatched.  This function
1011  * dispatches bio's from the children throtl_grps to the parent
1012  * service_queue.
1013  *
1014  * If the parent's parent is another throtl_grp, dispatching is propagated
1015  * by either arming its pending_timer or repeating dispatch directly.  If
1016  * the top-level service_tree is reached, throtl_data->dispatch_work is
1017  * kicked so that the ready bio's are issued.
1018  */
1019 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg)
1020 {
1021         struct throtl_service_queue *sq = (void *)arg;
1022         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
1023         struct throtl_data *td = sq_to_td(sq);
1024         struct request_queue *q = td->queue;
1025         struct throtl_service_queue *parent_sq;
1026         bool dispatched;
1027         int ret;
1028
1029         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1030 again:
1031         parent_sq = sq->parent_sq;
1032         dispatched = false;
1033
1034         while (true) {
1035                 throtl_log(sq, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
1036                            sq->nr_queued[READ] + sq->nr_queued[WRITE],
1037                            sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1038
1039                 ret = throtl_select_dispatch(sq);
1040                 if (ret) {
1041                         throtl_log(sq, "bios disp=%u", ret);
1042                         dispatched = true;
1043                 }
1044
1045                 if (throtl_schedule_next_dispatch(sq, false))
1046                         break;
1047
1048                 /* this dispatch windows is still open, relax and repeat */
1049                 spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1050                 cpu_relax();
1051                 spin_lock_irq(q->queue_lock);
1052         }
1053
1054         if (!dispatched)
1055                 goto out_unlock;
1056
1057         if (parent_sq) {
1058                 /* @parent_sq is another throl_grp, propagate dispatch */
1059                 if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1060                         tg_update_disptime(tg);
1061                         if (!throtl_schedule_next_dispatch(parent_sq, false)) {
1062                                 /* window is already open, repeat dispatching */
1063                                 sq = parent_sq;
1064                                 tg = sq_to_tg(sq);
1065                                 goto again;
1066                         }
1067                 }
1068         } else {
1069                 /* reached the top-level, queue issueing */
1070                 queue_work(kthrotld_workqueue, &td->dispatch_work);
1071         }
1072 out_unlock:
1073         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1074 }
1075
1076 /**
1077  * blk_throtl_dispatch_work_fn - work function for throtl_data->dispatch_work
1078  * @work: work item being executed
1079  *
1080  * This function is queued for execution when bio's reach the bio_lists[]
1081  * of throtl_data->service_queue.  Those bio's are ready and issued by this
1082  * function.
1083  */
1084 static void blk_throtl_dispatch_work_fn(struct work_struct *work)
1085 {
1086         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
1087                                               dispatch_work);
1088         struct throtl_service_queue *td_sq = &td->service_queue;
1089         struct request_queue *q = td->queue;
1090         struct bio_list bio_list_on_stack;
1091         struct bio *bio;
1092         struct blk_plug plug;
1093         int rw;
1094
1095         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
1096
1097         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1098         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1099                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td_sq->queued[rw], NULL)))
1100                         bio_list_add(&bio_list_on_stack, bio);
1101         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1102
1103         if (!bio_list_empty(&bio_list_on_stack)) {
1104                 blk_start_plug(&plug);
1105                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
1106                         generic_make_request(bio);
1107                 blk_finish_plug(&plug);
1108         }
1109 }
1110
1111 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1112                               int off)
1113 {
1114         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1115         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
1116
1117         if (v == -1)
1118                 return 0;
1119         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1120 }
1121
1122 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1123                                int off)
1124 {
1125         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1126         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
1127
1128         if (v == -1)
1129                 return 0;
1130         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1131 }
1132
1133 static int tg_print_conf_u64(struct seq_file *sf, void *v)
1134 {
1135         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_u64,
1136                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1137         return 0;
1138 }
1139
1140 static int tg_print_conf_uint(struct seq_file *sf, void *v)
1141 {
1142         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_uint,
1143                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1144         return 0;
1145 }
1146
1147 static void tg_conf_updated(struct throtl_grp *tg)
1148 {
1149         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1150         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1151         struct blkcg_gq *blkg;
1152
1153         throtl_log(&tg->service_queue,
1154                    "limit change rbps=%llu wbps=%llu riops=%u wiops=%u",
1155                    tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
1156                    tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
1157
1158         /*
1159          * Update has_rules[] flags for the updated tg's subtree.  A tg is
1160          * considered to have rules if either the tg itself or any of its
1161          * ancestors has rules.  This identifies groups without any
1162          * restrictions in the whole hierarchy and allows them to bypass
1163          * blk-throttle.
1164          */
1165         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css, tg_to_blkg(tg))
1166                 tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
1167
1168         /*
1169          * We're already holding queue_lock and know @tg is valid.  Let's
1170          * apply the new config directly.
1171          *
1172          * Restart the slices for both READ and WRITES. It might happen
1173          * that a group's limit are dropped suddenly and we don't want to
1174          * account recently dispatched IO with new low rate.
1175          */
1176         throtl_start_new_slice(tg, 0);
1177         throtl_start_new_slice(tg, 1);
1178
1179         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING) {
1180                 tg_update_disptime(tg);
1181                 throtl_schedule_next_dispatch(sq->parent_sq, true);
1182         }
1183 }
1184
1185 static ssize_t tg_set_conf(struct kernfs_open_file *of,
1186                            char *buf, size_t nbytes, loff_t off, bool is_u64)
1187 {
1188         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
1189         struct blkg_conf_ctx ctx;
1190         struct throtl_grp *tg;
1191         int ret;
1192         u64 v;
1193
1194         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1195         if (ret)
1196                 return ret;
1197
1198         ret = -EINVAL;
1199         if (sscanf(ctx.body, "%llu", &v) != 1)
1200                 goto out_finish;
1201         if (!v)
1202                 v = -1;
1203
1204         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1205
1206         if (is_u64)
1207                 *(u64 *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = v;
1208         else
1209                 *(unsigned int *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = v;
1210
1211         tg_conf_updated(tg);
1212         ret = 0;
1213 out_finish:
1214         blkg_conf_finish(&ctx);
1215         return ret ?: nbytes;
1216 }
1217
1218 static ssize_t tg_set_conf_u64(struct kernfs_open_file *of,
1219                                char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1220 {
1221         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, true);
1222 }
1223
1224 static ssize_t tg_set_conf_uint(struct kernfs_open_file *of,
1225                                 char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1226 {
1227         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, false);
1228 }
1229
1230 static struct cftype throtl_legacy_files[] = {
1231         {
1232                 .name = "throttle.read_bps_device",
1233                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1234                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1235                 .write = tg_set_conf_u64,
1236         },
1237         {
1238                 .name = "throttle.write_bps_device",
1239                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1240                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1241                 .write = tg_set_conf_u64,
1242         },
1243         {
1244                 .name = "throttle.read_iops_device",
1245                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1246                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1247                 .write = tg_set_conf_uint,
1248         },
1249         {
1250                 .name = "throttle.write_iops_device",
1251                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1252                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1253                 .write = tg_set_conf_uint,
1254         },
1255         {
1256                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1257                 .private = (unsigned long)&blkcg_policy_throtl,
1258                 .seq_show = blkg_print_stat_bytes,
1259         },
1260         {
1261                 .name = "throttle.io_serviced",
1262                 .private = (unsigned long)&blkcg_policy_throtl,
1263                 .seq_show = blkg_print_stat_ios,
1264         },
1265         { }     /* terminate */
1266 };
1267
1268 static u64 tg_prfill_max(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1269                          int off)
1270 {
1271         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1272         const char *dname = blkg_dev_name(pd->blkg);
1273         char bufs[4][21] = { "max", "max", "max", "max" };
1274
1275         if (!dname)
1276                 return 0;
1277         if (tg->bps[READ] == -1 && tg->bps[WRITE] == -1 &&
1278             tg->iops[READ] == -1 && tg->iops[WRITE] == -1)
1279                 return 0;
1280
1281         if (tg->bps[READ] != -1)
1282                 snprintf(bufs[0], sizeof(bufs[0]), "%llu", tg->bps[READ]);
1283         if (tg->bps[WRITE] != -1)
1284                 snprintf(bufs[1], sizeof(bufs[1]), "%llu", tg->bps[WRITE]);
1285         if (tg->iops[READ] != -1)
1286                 snprintf(bufs[2], sizeof(bufs[2]), "%u", tg->iops[READ]);
1287         if (tg->iops[WRITE] != -1)
1288                 snprintf(bufs[3], sizeof(bufs[3]), "%u", tg->iops[WRITE]);
1289
1290         seq_printf(sf, "%s rbps=%s wbps=%s riops=%s wiops=%s\n",
1291                    dname, bufs[0], bufs[1], bufs[2], bufs[3]);
1292         return 0;
1293 }
1294
1295 static int tg_print_max(struct seq_file *sf, void *v)
1296 {
1297         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_max,
1298                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1299         return 0;
1300 }
1301
1302 static ssize_t tg_set_max(struct kernfs_open_file *of,
1303                           char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1304 {
1305         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
1306         struct blkg_conf_ctx ctx;
1307         struct throtl_grp *tg;
1308         u64 v[4];
1309         int ret;
1310
1311         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1312         if (ret)
1313                 return ret;
1314
1315         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1316
1317         v[0] = tg->bps[READ];
1318         v[1] = tg->bps[WRITE];
1319         v[2] = tg->iops[READ];
1320         v[3] = tg->iops[WRITE];
1321
1322         while (true) {
1323                 char tok[27];   /* wiops=18446744073709551616 */
1324                 char *p;
1325                 u64 val = -1;
1326                 int len;
1327
1328                 if (sscanf(ctx.body, "%26s%n", tok, &len) != 1)
1329                         break;
1330                 if (tok[0] == '\0')
1331                         break;
1332                 ctx.body += len;
1333
1334                 ret = -EINVAL;
1335                 p = tok;
1336                 strsep(&p, "=");
1337                 if (!p || (sscanf(p, "%llu", &val) != 1 && strcmp(p, "max")))
1338                         goto out_finish;
1339
1340                 ret = -ERANGE;
1341                 if (!val)
1342                         goto out_finish;
1343
1344                 ret = -EINVAL;
1345                 if (!strcmp(tok, "rbps"))
1346                         v[0] = val;
1347                 else if (!strcmp(tok, "wbps"))
1348                         v[1] = val;
1349                 else if (!strcmp(tok, "riops"))
1350                         v[2] = min_t(u64, val, UINT_MAX);
1351                 else if (!strcmp(tok, "wiops"))
1352                         v[3] = min_t(u64, val, UINT_MAX);
1353                 else
1354                         goto out_finish;
1355         }
1356
1357         tg->bps[READ] = v[0];
1358         tg->bps[WRITE] = v[1];
1359         tg->iops[READ] = v[2];
1360         tg->iops[WRITE] = v[3];
1361
1362         tg_conf_updated(tg);
1363         ret = 0;
1364 out_finish:
1365         blkg_conf_finish(&ctx);
1366         return ret ?: nbytes;
1367 }
1368
1369 static struct cftype throtl_files[] = {
1370         {
1371                 .name = "max",
1372                 .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
1373                 .seq_show = tg_print_max,
1374                 .write = tg_set_max,
1375         },
1376         { }     /* terminate */
1377 };
1378
1379 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1380 {
1381         struct throtl_data *td = q->td;
1382
1383         cancel_work_sync(&td->dispatch_work);
1384 }
1385
1386 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1387         .dfl_cftypes            = throtl_files,
1388         .legacy_cftypes         = throtl_legacy_files,
1389
1390         .pd_alloc_fn            = throtl_pd_alloc,
1391         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1392         .pd_online_fn           = throtl_pd_online,
1393         .pd_free_fn             = throtl_pd_free,
1394 };
1395
1396 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct blkcg_gq *blkg,
1397                     struct bio *bio)
1398 {
1399         struct throtl_qnode *qn = NULL;
1400         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg ?: q->root_blkg);
1401         struct throtl_service_queue *sq;
1402         bool rw = bio_data_dir(bio);
1403         bool throttled = false;
1404
1405         WARN_ON_ONCE(!rcu_read_lock_held());
1406
1407         /* see throtl_charge_bio() */
1408         if ((bio->bi_rw & REQ_THROTTLED) || !tg->has_rules[rw])
1409                 goto out;
1410
1411         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1412
1413         if (unlikely(blk_queue_bypass(q)))
1414                 goto out_unlock;
1415
1416         sq = &tg->service_queue;
1417
1418         while (true) {
1419                 /* throtl is FIFO - if bios are already queued, should queue */
1420                 if (sq->nr_queued[rw])
1421                         break;
1422
1423                 /* if above limits, break to queue */
1424                 if (!tg_may_dispatch(tg, bio, NULL))
1425                         break;
1426
1427                 /* within limits, let's charge and dispatch directly */
1428                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1429
1430                 /*
1431                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1432                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1433                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1434                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1435                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1436                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1437                  * time.
1438                  *
1439                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1440                  */
1441                 throtl_trim_slice(tg, rw);
1442
1443                 /*
1444                  * @bio passed through this layer without being throttled.
1445                  * Climb up the ladder.  If we''re already at the top, it
1446                  * can be executed directly.
1447                  */
1448                 qn = &tg->qnode_on_parent[rw];
1449                 sq = sq->parent_sq;
1450                 tg = sq_to_tg(sq);
1451                 if (!tg)
1452                         goto out_unlock;
1453         }
1454
1455         /* out-of-limit, queue to @tg */
1456         throtl_log(sq, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1457                    rw == READ ? 'R' : 'W',
1458                    tg->bytes_disp[rw], bio->bi_iter.bi_size, tg->bps[rw],
1459                    tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1460                    sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1461
1462         bio_associate_current(bio);
1463         tg->td->nr_queued[rw]++;
1464         throtl_add_bio_tg(bio, qn, tg);
1465         throttled = true;
1466
1467         /*
1468          * Update @tg's dispatch time and force schedule dispatch if @tg
1469          * was empty before @bio.  The forced scheduling isn't likely to
1470          * cause undue delay as @bio is likely to be dispatched directly if
1471          * its @tg's disptime is not in the future.
1472          */
1473         if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1474                 tg_update_disptime(tg);
1475                 throtl_schedule_next_dispatch(tg->service_queue.parent_sq, true);
1476         }
1477
1478 out_unlock:
1479         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1480 out:
1481         /*
1482          * As multiple blk-throtls may stack in the same issue path, we
1483          * don't want bios to leave with the flag set.  Clear the flag if
1484          * being issued.
1485          */
1486         if (!throttled)
1487                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1488         return throttled;
1489 }
1490
1491 /*
1492  * Dispatch all bios from all children tg's queued on @parent_sq.  On
1493  * return, @parent_sq is guaranteed to not have any active children tg's
1494  * and all bios from previously active tg's are on @parent_sq->bio_lists[].
1495  */
1496 static void tg_drain_bios(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1497 {
1498         struct throtl_grp *tg;
1499
1500         while ((tg = throtl_rb_first(parent_sq))) {
1501                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1502                 struct bio *bio;
1503
1504                 throtl_dequeue_tg(tg);
1505
1506                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1507                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1508                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1509                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1510         }
1511 }
1512
1513 /**
1514  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1515  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1516  *
1517  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1518  */
1519 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1520         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1521 {
1522         struct throtl_data *td = q->td;
1523         struct blkcg_gq *blkg;
1524         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1525         struct bio *bio;
1526         int rw;
1527
1528         queue_lockdep_assert_held(q);
1529         rcu_read_lock();
1530
1531         /*
1532          * Drain each tg while doing post-order walk on the blkg tree, so
1533          * that all bios are propagated to td->service_queue.  It'd be
1534          * better to walk service_queue tree directly but blkg walk is
1535          * easier.
1536          */
1537         blkg_for_each_descendant_post(blkg, pos_css, td->queue->root_blkg)
1538                 tg_drain_bios(&blkg_to_tg(blkg)->service_queue);
1539
1540         /* finally, transfer bios from top-level tg's into the td */
1541         tg_drain_bios(&td->service_queue);
1542
1543         rcu_read_unlock();
1544         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1545
1546         /* all bios now should be in td->service_queue, issue them */
1547         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1548                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td->service_queue.queued[rw],
1549                                                 NULL)))
1550                         generic_make_request(bio);
1551
1552         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1553 }
1554
1555 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1556 {
1557         struct throtl_data *td;
1558         int ret;
1559
1560         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1561         if (!td)
1562                 return -ENOMEM;
1563
1564         INIT_WORK(&td->dispatch_work, blk_throtl_dispatch_work_fn);
1565         throtl_service_queue_init(&td->service_queue);
1566
1567         q->td = td;
1568         td->queue = q;
1569
1570         /* activate policy */
1571         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1572         if (ret)
1573                 kfree(td);
1574         return ret;
1575 }
1576
1577 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1578 {
1579         BUG_ON(!q->td);
1580         throtl_shutdown_wq(q);
1581         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1582         kfree(q->td);
1583 }
1584
1585 static int __init throtl_init(void)
1586 {
1587         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1588         if (!kthrotld_workqueue)
1589                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1590
1591         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1592 }
1593
1594 module_init(throtl_init);