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 static void throtl_schedule_delayed_work(struct throtl_data *td,
  29                                 unsigned long delay);
  30
  31 struct throtl_rb_root {
  32         struct rb_root rb;
  33         struct rb_node *left;
  34         unsigned int count;
  35         unsigned long min_disptime;
  36 };
  37
  38 #define THROTL_RB_ROOT  (struct throtl_rb_root) { .rb = RB_ROOT, .left = NULL, \
  39                         .count = 0, .min_disptime = 0}
  40
  41 #define rb_entry_tg(node)       rb_entry((node), struct throtl_grp, rb_node)
  42
  43 /* Per-cpu group stats */
  44 struct tg_stats_cpu {
  45         /* total bytes transferred */
  46         struct blkg_rwstat              service_bytes;
  47         /* total IOs serviced, post merge */
  48         struct blkg_rwstat              serviced;
  49 };
  50
  51 struct throtl_grp {
  52         /* must be the first member */
  53         struct blkg_policy_data pd;
  54
  55         /* active throtl group service_tree member */
  56         struct rb_node rb_node;
  57
  58         /*
  59          * Dispatch time in jiffies. This is the estimated time when group
  60          * will unthrottle and is ready to dispatch more bio. It is used as
  61          * key to sort active groups in service tree.
  62          */
  63         unsigned long disptime;
  64
  65         unsigned int flags;
  66
  67         /* Two lists for READ and WRITE */
  68         struct bio_list bio_lists[2];
  69
  70         /* Number of queued bios on READ and WRITE lists */
  71         unsigned int nr_queued[2];
  72
  73         /* bytes per second rate limits */
  74         uint64_t bps[2];
  75
  76         /* IOPS limits */
  77         unsigned int iops[2];
  78
  79         /* Number of bytes disptached in current slice */
  80         uint64_t bytes_disp[2];
  81         /* Number of bio's dispatched in current slice */
  82         unsigned int io_disp[2];
  83
  84         /* When did we start a new slice */
  85         unsigned long slice_start[2];
  86         unsigned long slice_end[2];
  87
  88         /* Some throttle limits got updated for the group */
  89         int limits_changed;
  90
  91         /* Per cpu stats pointer */
  92         struct tg_stats_cpu __percpu *stats_cpu;
  93
  94         /* List of tgs waiting for per cpu stats memory to be allocated */
  95         struct list_head stats_alloc_node;
  96 };
  97
  98 struct throtl_data
  99 {
 100         /* service tree for active throtl groups */
 101         struct throtl_rb_root tg_service_tree;
 102
 103         struct request_queue *queue;
 104
 105         /* Total Number of queued bios on READ and WRITE lists */
 106         unsigned int nr_queued[2];
 107
 108         /*
 109          * number of total undestroyed groups
 110          */
 111         unsigned int nr_undestroyed_grps;
 112
 113         /* Work for dispatching throttled bios */
 114         struct delayed_work throtl_work;
 115
 116         int limits_changed;
 117 };
 118
 119 /* list and work item to allocate percpu group stats */
 120 static DEFINE_SPINLOCK(tg_stats_alloc_lock);
 121 static LIST_HEAD(tg_stats_alloc_list);
 122
 123 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *);
 124 static DECLARE_DELAYED_WORK(tg_stats_alloc_work, tg_stats_alloc_fn);
 125
 126 static inline struct throtl_grp *pd_to_tg(struct blkg_policy_data *pd)
 127 {
 128         return pd ? container_of(pd, struct throtl_grp, pd) : NULL;
 129 }
 130
 131 static inline struct throtl_grp *blkg_to_tg(struct blkcg_gq *blkg)
 132 {
 133         return pd_to_tg(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_throtl));
 134 }
 135
 136 static inline struct blkcg_gq *tg_to_blkg(struct throtl_grp *tg)
 137 {
 138         return pd_to_blkg(&tg->pd);
 139 }
 140
 141 static inline struct throtl_grp *td_root_tg(struct throtl_data *td)
 142 {
 143         return blkg_to_tg(td->queue->root_blkg);
 144 }
 145
 146 enum tg_state_flags {
 147         THROTL_TG_FLAG_on_rr = 0,       /* on round-robin busy list */
 148 };
 149
 150 #define THROTL_TG_FNS(name)                                             \
 151 static inline void throtl_mark_tg_##name(struct throtl_grp *tg)         \
 152 {                                                                       \
 153         (tg)->flags |= (1 << THROTL_TG_FLAG_##name);                    \
 154 }                                                                       \
 155 static inline void throtl_clear_tg_##name(struct throtl_grp *tg)        \
 156 {                                                                       \
 157         (tg)->flags &= ~(1 << THROTL_TG_FLAG_##name);                   \
 158 }                                                                       \
 159 static inline int throtl_tg_##name(const struct throtl_grp *tg)         \
 160 {                                                                       \
 161         return ((tg)->flags & (1 << THROTL_TG_FLAG_##name)) != 0;       \
 162 }
 163
 164 THROTL_TG_FNS(on_rr);
 165
 166 #define throtl_log_tg(td, tg, fmt, args...)     do {                    \
 167         char __pbuf[128];                                               \
 168                                                                         \
 169         blkg_path(tg_to_blkg(tg), __pbuf, sizeof(__pbuf));              \
 170         blk_add_trace_msg((td)->queue, "throtl %s " fmt, __pbuf, ##args); \
 171 } while (0)
 172
 173 #define throtl_log(td, fmt, args...)    \
 174         blk_add_trace_msg((td)->queue, "throtl " fmt, ##args)
 175
 176 static inline unsigned int total_nr_queued(struct throtl_data *td)
 177 {
 178         return td->nr_queued[0] + td->nr_queued[1];
 179 }
 180
 181 /*
 182  * Worker for allocating per cpu stat for tgs. This is scheduled on the
 183  * system_nrt_wq once there are some groups on the alloc_list waiting for
 184  * allocation.
 185  */
 186 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *work)
 187 {
 188         static struct tg_stats_cpu *stats_cpu;  /* this fn is non-reentrant */
 189         struct delayed_work *dwork = to_delayed_work(work);
 190         bool empty = false;
 191
 192 alloc_stats:
 193         if (!stats_cpu) {
 194                 stats_cpu = alloc_percpu(struct tg_stats_cpu);
 195                 if (!stats_cpu) {
 196                         /* allocation failed, try again after some time */
 197                         queue_delayed_work(system_nrt_wq, dwork,
 198                                            msecs_to_jiffies(10));
 199                         return;
 200                 }
 201         }
 202
 203         spin_lock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
 204
 205         if (!list_empty(&tg_stats_alloc_list)) {
 206                 struct throtl_grp *tg = list_first_entry(&tg_stats_alloc_list,
 207                                                          struct throtl_grp,
 208                                                          stats_alloc_node);
 209                 swap(tg->stats_cpu, stats_cpu);
 210                 list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
 211         }
 212
 213         empty = list_empty(&tg_stats_alloc_list);
 214         spin_unlock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
 215         if (!empty)
 216                 goto alloc_stats;
 217 }
 218
 219 static void throtl_pd_init(struct blkcg_gq *blkg)
 220 {
 221         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
 222         unsigned long flags;
 223
 224         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
 225         bio_list_init(&tg->bio_lists[0]);
 226         bio_list_init(&tg->bio_lists[1]);
 227         tg->limits_changed = false;
 228
 229         tg->bps[READ] = -1;
 230         tg->bps[WRITE] = -1;
 231         tg->iops[READ] = -1;
 232         tg->iops[WRITE] = -1;
 233
 234         /*
 235          * Ugh... We need to perform per-cpu allocation for tg->stats_cpu
 236          * but percpu allocator can't be called from IO path.  Queue tg on
 237          * tg_stats_alloc_list and allocate from work item.
 238          */
 239         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
 240         list_add(&tg->stats_alloc_node, &tg_stats_alloc_list);
 241         queue_delayed_work(system_nrt_wq, &tg_stats_alloc_work, 0);
 242         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
 243 }
 244
 245 static void throtl_pd_exit(struct blkcg_gq *blkg)
 246 {
 247         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
 248         unsigned long flags;
 249
 250         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
 251         list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
 252         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
 253
 254         free_percpu(tg->stats_cpu);
 255 }
 256
 257 static void throtl_pd_reset_stats(struct blkcg_gq *blkg)
 258 {
 259         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
 260         int cpu;
 261
 262         if (tg->stats_cpu == NULL)
 263                 return;
 264
 265         for_each_possible_cpu(cpu) {
 266                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
 267
 268                 blkg_rwstat_reset(&sc->service_bytes);
 269                 blkg_rwstat_reset(&sc->serviced);
 270         }
 271 }
 272
 273 static struct throtl_grp *throtl_lookup_tg(struct throtl_data *td,
 274                                            struct blkcg *blkcg)
 275 {
 276         /*
 277          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
 278          * in this case
 279          */
 280         if (blkcg == &blkcg_root)
 281                 return td_root_tg(td);
 282
 283         return blkg_to_tg(blkg_lookup(blkcg, td->queue));
 284 }
 285
 286 static struct throtl_grp *throtl_lookup_create_tg(struct throtl_data *td,
 287                                                   struct blkcg *blkcg)
 288 {
 289         struct request_queue *q = td->queue;
 290         struct throtl_grp *tg = NULL;
 291
 292         /*
 293          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
 294          * in this case
 295          */
 296         if (blkcg == &blkcg_root) {
 297                 tg = td_root_tg(td);
 298         } else {
 299                 struct blkcg_gq *blkg;
 300
 301                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
 302
 303                 /* if %NULL and @q is alive, fall back to root_tg */
 304                 if (!IS_ERR(blkg))
 305                         tg = blkg_to_tg(blkg);
 306                 else if (!blk_queue_dead(q))
 307                         tg = td_root_tg(td);
 308         }
 309
 310         return tg;
 311 }
 312
 313 static struct throtl_grp *throtl_rb_first(struct throtl_rb_root *root)
 314 {
 315         /* Service tree is empty */
 316         if (!root->count)
 317                 return NULL;
 318
 319         if (!root->left)
 320                 root->left = rb_first(&root->rb);
 321
 322         if (root->left)
 323                 return rb_entry_tg(root->left);
 324
 325         return NULL;
 326 }
 327
 328 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
 329 {
 330         rb_erase(n, root);
 331         RB_CLEAR_NODE(n);
 332 }
 333
 334 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n, struct throtl_rb_root *root)
 335 {
 336         if (root->left == n)
 337                 root->left = NULL;
 338         rb_erase_init(n, &root->rb);
 339         --root->count;
 340 }
 341
 342 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_rb_root *st)
 343 {
 344         struct throtl_grp *tg;
 345
 346         tg = throtl_rb_first(st);
 347         if (!tg)
 348                 return;
 349
 350         st->min_disptime = tg->disptime;
 351 }
 352
 353 static void
 354 tg_service_tree_add(struct throtl_rb_root *st, struct throtl_grp *tg)
 355 {
 356         struct rb_node **node = &st->rb.rb_node;
 357         struct rb_node *parent = NULL;
 358         struct throtl_grp *__tg;
 359         unsigned long key = tg->disptime;
 360         int left = 1;
 361
 362         while (*node != NULL) {
 363                 parent = *node;
 364                 __tg = rb_entry_tg(parent);
 365
 366                 if (time_before(key, __tg->disptime))
 367                         node = &parent->rb_left;
 368                 else {
 369                         node = &parent->rb_right;
 370                         left = 0;
 371                 }
 372         }
 373
 374         if (left)
 375                 st->left = &tg->rb_node;
 376
 377         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
 378         rb_insert_color(&tg->rb_node, &st->rb);
 379 }
 380
 381 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 382 {
 383         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
 384
 385         tg_service_tree_add(st, tg);
 386         throtl_mark_tg_on_rr(tg);
 387         st->count++;
 388 }
 389
 390 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 391 {
 392         if (!throtl_tg_on_rr(tg))
 393                 __throtl_enqueue_tg(td, tg);
 394 }
 395
 396 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 397 {
 398         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, &td->tg_service_tree);
 399         throtl_clear_tg_on_rr(tg);
 400 }
 401
 402 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 403 {
 404         if (throtl_tg_on_rr(tg))
 405                 __throtl_dequeue_tg(td, tg);
 406 }
 407
 408 static void throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_data *td)
 409 {
 410         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
 411
 412         /*
 413          * If there are more bios pending, schedule more work.
 414          */
 415         if (!total_nr_queued(td))
 416                 return;
 417
 418         BUG_ON(!st->count);
 419
 420         update_min_dispatch_time(st);
 421
 422         if (time_before_eq(st->min_disptime, jiffies))
 423                 throtl_schedule_delayed_work(td, 0);
 424         else
 425                 throtl_schedule_delayed_work(td, (st->min_disptime - jiffies));
 426 }
 427
 428 static inline void
 429 throtl_start_new_slice(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg, bool rw)
 430 {
 431         tg->bytes_disp[rw] = 0;
 432         tg->io_disp[rw] = 0;
 433         tg->slice_start[rw] = jiffies;
 434         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
 435         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 436                         rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 437                         tg->slice_end[rw], jiffies);
 438 }
 439
 440 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_data *td,
 441                 struct throtl_grp *tg, bool rw, unsigned long jiffy_end)
 442 {
 443         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
 444 }
 445
 446 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_data *td,
 447                 struct throtl_grp *tg, bool rw, unsigned long jiffy_end)
 448 {
 449         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
 450         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 451                         rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 452                         tg->slice_end[rw], jiffies);
 453 }
 454
 455 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
 456 static bool
 457 throtl_slice_used(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg, bool rw)
 458 {
 459         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
 460                 return 0;
 461
 462         return 1;
 463 }
 464
 465 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
 466 static inline void
 467 throtl_trim_slice(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg, bool rw)
 468 {
 469         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
 470         u64 bytes_trim, tmp;
 471
 472         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
 473
 474         /*
 475          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
 476          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
 477          * slice will start when appropriate.
 478          */
 479         if (throtl_slice_used(td, tg, rw))
 480                 return;
 481
 482         /*
 483          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
 484          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
 485          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
 486          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
 487          * is bad because it does not allow new slice to start.
 488          */
 489
 490         throtl_set_slice_end(td, tg, rw, jiffies + throtl_slice);
 491
 492         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
 493
 494         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
 495
 496         if (!nr_slices)
 497                 return;
 498         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
 499         do_div(tmp, HZ);
 500         bytes_trim = tmp;
 501
 502         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
 503
 504         if (!bytes_trim && !io_trim)
 505                 return;
 506
 507         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
 508                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
 509         else
 510                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
 511
 512         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
 513                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
 514         else
 515                 tg->io_disp[rw] = 0;
 516
 517         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
 518
 519         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu"
 520                         " start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 521                         rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
 522                         tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
 523 }
 524
 525 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 526                 struct bio *bio, unsigned long *wait)
 527 {
 528         bool rw = bio_data_dir(bio);
 529         unsigned int io_allowed;
 530         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
 531         u64 tmp;
 532
 533         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
 534
 535         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
 536         if (!jiffy_elapsed)
 537                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
 538
 539         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
 540
 541         /*
 542          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
 543          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
 544          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
 545          * have been trimmed.
 546          */
 547
 548         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
 549         do_div(tmp, HZ);
 550
 551         if (tmp > UINT_MAX)
 552                 io_allowed = UINT_MAX;
 553         else
 554                 io_allowed = tmp;
 555
 556         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
 557                 if (wait)
 558                         *wait = 0;
 559                 return 1;
 560         }
 561
 562         /* Calc approx time to dispatch */
 563         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
 564
 565         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
 566                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
 567         else
 568                 jiffy_wait = 1;
 569
 570         if (wait)
 571                 *wait = jiffy_wait;
 572         return 0;
 573 }
 574
 575 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 576                 struct bio *bio, unsigned long *wait)
 577 {
 578         bool rw = bio_data_dir(bio);
 579         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
 580         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
 581
 582         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
 583
 584         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
 585         if (!jiffy_elapsed)
 586                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
 587
 588         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
 589
 590         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
 591         do_div(tmp, HZ);
 592         bytes_allowed = tmp;
 593
 594         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size <= bytes_allowed) {
 595                 if (wait)
 596                         *wait = 0;
 597                 return 1;
 598         }
 599
 600         /* Calc approx time to dispatch */
 601         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size - bytes_allowed;
 602         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
 603
 604         if (!jiffy_wait)
 605                 jiffy_wait = 1;
 606
 607         /*
 608          * This wait time is without taking into consideration the rounding
 609          * up we did. Add that time also.
 610          */
 611         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
 612         if (wait)
 613                 *wait = jiffy_wait;
 614         return 0;
 615 }
 616
 617 static bool tg_no_rule_group(struct throtl_grp *tg, bool rw) {
 618         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1)
 619                 return 1;
 620         return 0;
 621 }
 622
 623 /*
 624  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
 625  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
 626  */
 627 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 628                                 struct bio *bio, unsigned long *wait)
 629 {
 630         bool rw = bio_data_dir(bio);
 631         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
 632
 633         /*
 634          * Currently whole state machine of group depends on first bio
 635          * queued in the group bio list. So one should not be calling
 636          * this function with a different bio if there are other bios
 637          * queued.
 638          */
 639         BUG_ON(tg->nr_queued[rw] && bio != bio_list_peek(&tg->bio_lists[rw]));
 640
 641         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
 642         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
 643                 if (wait)
 644                         *wait = 0;
 645                 return 1;
 646         }
 647
 648         /*
 649          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
 650          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
 651          * long since now.
 652          */
 653         if (throtl_slice_used(td, tg, rw))
 654                 throtl_start_new_slice(td, tg, rw);
 655         else {
 656                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
 657                         throtl_extend_slice(td, tg, rw, jiffies + throtl_slice);
 658         }
 659
 660         if (tg_with_in_bps_limit(td, tg, bio, &bps_wait)
 661             && tg_with_in_iops_limit(td, tg, bio, &iops_wait)) {
 662                 if (wait)
 663                         *wait = 0;
 664                 return 1;
 665         }
 666
 667         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
 668
 669         if (wait)
 670                 *wait = max_wait;
 671
 672         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
 673                 throtl_extend_slice(td, tg, rw, jiffies + max_wait);
 674
 675         return 0;
 676 }
 677
 678 static void throtl_update_dispatch_stats(struct blkcg_gq *blkg, u64 bytes,
 679                                          int rw)
 680 {
 681         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
 682         struct tg_stats_cpu *stats_cpu;
 683         unsigned long flags;
 684
 685         /* If per cpu stats are not allocated yet, don't do any accounting. */
 686         if (tg->stats_cpu == NULL)
 687                 return;
 688
 689         /*
 690          * Disabling interrupts to provide mutual exclusion between two
 691          * writes on same cpu. It probably is not needed for 64bit. Not
 692          * optimizing that case yet.
 693          */
 694         local_irq_save(flags);
 695
 696         stats_cpu = this_cpu_ptr(tg->stats_cpu);
 697
 698         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->serviced, rw, 1);
 699         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->service_bytes, rw, bytes);
 700
 701         local_irq_restore(flags);
 702 }
 703
 704 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
 705 {
 706         bool rw = bio_data_dir(bio);
 707
 708         /* Charge the bio to the group */
 709         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_size;
 710         tg->io_disp[rw]++;
 711
 712         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg), bio->bi_size, bio->bi_rw);
 713 }
 714
 715 static void throtl_add_bio_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 716                         struct bio *bio)
 717 {
 718         bool rw = bio_data_dir(bio);
 719
 720         bio_list_add(&tg->bio_lists[rw], bio);
 721         /* Take a bio reference on tg */
 722         blkg_get(tg_to_blkg(tg));
 723         tg->nr_queued[rw]++;
 724         td->nr_queued[rw]++;
 725         throtl_enqueue_tg(td, tg);
 726 }
 727
 728 static void tg_update_disptime(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 729 {
 730         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
 731         struct bio *bio;
 732
 733         if ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[READ])))
 734                 tg_may_dispatch(td, tg, bio, &read_wait);
 735
 736         if ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[WRITE])))
 737                 tg_may_dispatch(td, tg, bio, &write_wait);
 738
 739         min_wait = min(read_wait, write_wait);
 740         disptime = jiffies + min_wait;
 741
 742         /* Update dispatch time */
 743         throtl_dequeue_tg(td, tg);
 744         tg->disptime = disptime;
 745         throtl_enqueue_tg(td, tg);
 746 }
 747
 748 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 749                                 bool rw, struct bio_list *bl)
 750 {
 751         struct bio *bio;
 752
 753         bio = bio_list_pop(&tg->bio_lists[rw]);
 754         tg->nr_queued[rw]--;
 755         /* Drop bio reference on blkg */
 756         blkg_put(tg_to_blkg(tg));
 757
 758         BUG_ON(td->nr_queued[rw] <= 0);
 759         td->nr_queued[rw]--;
 760
 761         throtl_charge_bio(tg, bio);
 762         bio_list_add(bl, bio);
 763         bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
 764
 765         throtl_trim_slice(td, tg, rw);
 766 }
 767
 768 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 769                                 struct bio_list *bl)
 770 {
 771         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
 772         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
 773         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
 774         struct bio *bio;
 775
 776         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
 777
 778         while ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[READ]))
 779                 && tg_may_dispatch(td, tg, bio, NULL)) {
 780
 781                 tg_dispatch_one_bio(td, tg, bio_data_dir(bio), bl);
 782                 nr_reads++;
 783
 784                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
 785                         break;
 786         }
 787
 788         while ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[WRITE]))
 789                 && tg_may_dispatch(td, tg, bio, NULL)) {
 790
 791                 tg_dispatch_one_bio(td, tg, bio_data_dir(bio), bl);
 792                 nr_writes++;
 793
 794                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
 795                         break;
 796         }
 797
 798         return nr_reads + nr_writes;
 799 }
 800
 801 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_data *td, struct bio_list *bl)
 802 {
 803         unsigned int nr_disp = 0;
 804         struct throtl_grp *tg;
 805         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
 806
 807         while (1) {
 808                 tg = throtl_rb_first(st);
 809
 810                 if (!tg)
 811                         break;
 812
 813                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
 814                         break;
 815
 816                 throtl_dequeue_tg(td, tg);
 817
 818                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(td, tg, bl);
 819
 820                 if (tg->nr_queued[0] || tg->nr_queued[1]) {
 821                         tg_update_disptime(td, tg);
 822                         throtl_enqueue_tg(td, tg);
 823                 }
 824
 825                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
 826                         break;
 827         }
 828
 829         return nr_disp;
 830 }
 831
 832 static void throtl_process_limit_change(struct throtl_data *td)
 833 {
 834         struct request_queue *q = td->queue;
 835         struct blkcg_gq *blkg, *n;
 836
 837         if (!td->limits_changed)
 838                 return;
 839
 840         xchg(&td->limits_changed, false);
 841
 842         throtl_log(td, "limits changed");
 843
 844         list_for_each_entry_safe(blkg, n, &q->blkg_list, q_node) {
 845                 struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
 846
 847                 if (!tg->limits_changed)
 848                         continue;
 849
 850                 if (!xchg(&tg->limits_changed, false))
 851                         continue;
 852
 853                 throtl_log_tg(td, tg, "limit change rbps=%llu wbps=%llu"
 854                         " riops=%u wiops=%u", tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
 855                         tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
 856
 857                 /*
 858                  * Restart the slices for both READ and WRITES. It
 859                  * might happen that a group's limit are dropped
 860                  * suddenly and we don't want to account recently
 861                  * dispatched IO with new low rate
 862                  */
 863                 throtl_start_new_slice(td, tg, 0);
 864                 throtl_start_new_slice(td, tg, 1);
 865
 866                 if (throtl_tg_on_rr(tg))
 867                         tg_update_disptime(td, tg);
 868         }
 869 }
 870
 871 /* Dispatch throttled bios. Should be called without queue lock held. */
 872 static int throtl_dispatch(struct request_queue *q)
 873 {
 874         struct throtl_data *td = q->td;
 875         unsigned int nr_disp = 0;
 876         struct bio_list bio_list_on_stack;
 877         struct bio *bio;
 878         struct blk_plug plug;
 879
 880         spin_lock_irq(q->queue_lock);
 881
 882         throtl_process_limit_change(td);
 883
 884         if (!total_nr_queued(td))
 885                 goto out;
 886
 887         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
 888
 889         throtl_log(td, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
 890                         total_nr_queued(td), td->nr_queued[READ],
 891                         td->nr_queued[WRITE]);
 892
 893         nr_disp = throtl_select_dispatch(td, &bio_list_on_stack);
 894
 895         if (nr_disp)
 896                 throtl_log(td, "bios disp=%u", nr_disp);
 897
 898         throtl_schedule_next_dispatch(td);
 899 out:
 900         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
 901
 902         /*
 903          * If we dispatched some requests, unplug the queue to make sure
 904          * immediate dispatch
 905          */
 906         if (nr_disp) {
 907                 blk_start_plug(&plug);
 908                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
 909                         generic_make_request(bio);
 910                 blk_finish_plug(&plug);
 911         }
 912         return nr_disp;
 913 }
 914
 915 void blk_throtl_work(struct work_struct *work)
 916 {
 917         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
 918                                         throtl_work.work);
 919         struct request_queue *q = td->queue;
 920
 921         throtl_dispatch(q);
 922 }
 923
 924 /* Call with queue lock held */
 925 static void
 926 throtl_schedule_delayed_work(struct throtl_data *td, unsigned long delay)
 927 {
 928
 929         struct delayed_work *dwork = &td->throtl_work;
 930
 931         /* schedule work if limits changed even if no bio is queued */
 932         if (total_nr_queued(td) || td->limits_changed) {
 933                 /*
 934                  * We might have a work scheduled to be executed in future.
 935                  * Cancel that and schedule a new one.
 936                  */
 937                 __cancel_delayed_work(dwork);
 938                 queue_delayed_work(kthrotld_workqueue, dwork, delay);
 939                 throtl_log(td, "schedule work. delay=%lu jiffies=%lu",
 940                                 delay, jiffies);
 941         }
 942 }
 943
 944 static u64 tg_prfill_cpu_rwstat(struct seq_file *sf,
 945                                 struct blkg_policy_data *pd, int off)
 946 {
 947         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
 948         struct blkg_rwstat rwstat = { }, tmp;
 949         int i, cpu;
 950
 951         for_each_possible_cpu(cpu) {
 952                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
 953
 954                 tmp = blkg_rwstat_read((void *)sc + off);
 955                 for (i = 0; i < BLKG_RWSTAT_NR; i++)
 956                         rwstat.cnt[i] += tmp.cnt[i];
 957         }
 958
 959         return __blkg_prfill_rwstat(sf, pd, &rwstat);
 960 }
 961
 962 static int tg_print_cpu_rwstat(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
 963                                struct seq_file *sf)
 964 {
 965         struct blkcg *blkcg = cgroup_to_blkcg(cgrp);
 966
 967         blkcg_print_blkgs(sf, blkcg, tg_prfill_cpu_rwstat, &blkcg_policy_throtl,
 968                           cft->private, true);
 969         return 0;
 970 }
 971
 972 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
 973                               int off)
 974 {
 975         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
 976         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
 977
 978         if (v == -1)
 979                 return 0;
 980         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
 981 }
 982
 983 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
 984                                int off)
 985 {
 986         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
 987         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
 988
 989         if (v == -1)
 990                 return 0;
 991         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
 992 }
 993
 994 static int tg_print_conf_u64(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
 995                              struct seq_file *sf)
 996 {
 997         blkcg_print_blkgs(sf, cgroup_to_blkcg(cgrp), tg_prfill_conf_u64,
 998                           &blkcg_policy_throtl, cft->private, false);
 999         return 0;
1000 }
1001
1002 static int tg_print_conf_uint(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1003                               struct seq_file *sf)
1004 {
1005         blkcg_print_blkgs(sf, cgroup_to_blkcg(cgrp), tg_prfill_conf_uint,
1006                           &blkcg_policy_throtl, cft->private, false);
1007         return 0;
1008 }
1009
1010 static int tg_set_conf(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft, const char *buf,
1011                        bool is_u64)
1012 {
1013         struct blkcg *blkcg = cgroup_to_blkcg(cgrp);
1014         struct blkg_conf_ctx ctx;
1015         struct throtl_grp *tg;
1016         struct throtl_data *td;
1017         int ret;
1018
1019         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1020         if (ret)
1021                 return ret;
1022
1023         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1024         td = ctx.blkg->q->td;
1025
1026         if (!ctx.v)
1027                 ctx.v = -1;
1028
1029         if (is_u64)
1030                 *(u64 *)((void *)tg + cft->private) = ctx.v;
1031         else
1032                 *(unsigned int *)((void *)tg + cft->private) = ctx.v;
1033
1034         /* XXX: we don't need the following deferred processing */
1035         xchg(&tg->limits_changed, true);
1036         xchg(&td->limits_changed, true);
1037         throtl_schedule_delayed_work(td, 0);
1038
1039         blkg_conf_finish(&ctx);
1040         return 0;
1041 }
1042
1043 static int tg_set_conf_u64(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1044                            const char *buf)
1045 {
1046         return tg_set_conf(cgrp, cft, buf, true);
1047 }
1048
1049 static int tg_set_conf_uint(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1050                             const char *buf)
1051 {
1052         return tg_set_conf(cgrp, cft, buf, false);
1053 }
1054
1055 static struct cftype throtl_files[] = {
1056         {
1057                 .name = "throttle.read_bps_device",
1058                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1059                 .read_seq_string = tg_print_conf_u64,
1060                 .write_string = tg_set_conf_u64,
1061                 .max_write_len = 256,
1062         },
1063         {
1064                 .name = "throttle.write_bps_device",
1065                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1066                 .read_seq_string = tg_print_conf_u64,
1067                 .write_string = tg_set_conf_u64,
1068                 .max_write_len = 256,
1069         },
1070         {
1071                 .name = "throttle.read_iops_device",
1072                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1073                 .read_seq_string = tg_print_conf_uint,
1074                 .write_string = tg_set_conf_uint,
1075                 .max_write_len = 256,
1076         },
1077         {
1078                 .name = "throttle.write_iops_device",
1079                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1080                 .read_seq_string = tg_print_conf_uint,
1081                 .write_string = tg_set_conf_uint,
1082                 .max_write_len = 256,
1083         },
1084         {
1085                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1086                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, service_bytes),
1087                 .read_seq_string = tg_print_cpu_rwstat,
1088         },
1089         {
1090                 .name = "throttle.io_serviced",
1091                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, serviced),
1092                 .read_seq_string = tg_print_cpu_rwstat,
1093         },
1094         { }     /* terminate */
1095 };
1096
1097 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1098 {
1099         struct throtl_data *td = q->td;
1100
1101         cancel_delayed_work_sync(&td->throtl_work);
1102 }
1103
1104 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1105         .pd_size                = sizeof(struct throtl_grp),
1106         .cftypes                = throtl_files,
1107
1108         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1109         .pd_exit_fn             = throtl_pd_exit,
1110         .pd_reset_stats_fn      = throtl_pd_reset_stats,
1111 };
1112
1113 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1114 {
1115         struct throtl_data *td = q->td;
1116         struct throtl_grp *tg;
1117         bool rw = bio_data_dir(bio), update_disptime = true;
1118         struct blkcg *blkcg;
1119         bool throttled = false;
1120
1121         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED) {
1122                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1123                 goto out;
1124         }
1125
1126         /* bio_associate_current() needs ioc, try creating */
1127         create_io_context(GFP_ATOMIC, q->node);
1128
1129         /*
1130          * A throtl_grp pointer retrieved under rcu can be used to access
1131          * basic fields like stats and io rates. If a group has no rules,
1132          * just update the dispatch stats in lockless manner and return.
1133          */
1134         rcu_read_lock();
1135         blkcg = bio_blkcg(bio);
1136         tg = throtl_lookup_tg(td, blkcg);
1137         if (tg) {
1138                 if (tg_no_rule_group(tg, rw)) {
1139                         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1140                                                      bio->bi_size, bio->bi_rw);
1141                         goto out_unlock_rcu;
1142                 }
1143         }
1144
1145         /*
1146          * Either group has not been allocated yet or it is not an unlimited
1147          * IO group
1148          */
1149         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1150         tg = throtl_lookup_create_tg(td, blkcg);
1151         if (unlikely(!tg))
1152                 goto out_unlock;
1153
1154         if (tg->nr_queued[rw]) {
1155                 /*
1156                  * There is already another bio queued in same dir. No
1157                  * need to update dispatch time.
1158                  */
1159                 update_disptime = false;
1160                 goto queue_bio;
1161
1162         }
1163
1164         /* Bio is with-in rate limit of group */
1165         if (tg_may_dispatch(td, tg, bio, NULL)) {
1166                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1167
1168                 /*
1169                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1170                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1171                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1172                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1173                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1174                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1175                  * time.
1176                  *
1177                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1178                  */
1179                 throtl_trim_slice(td, tg, rw);
1180                 goto out_unlock;
1181         }
1182
1183 queue_bio:
1184         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu"
1185                         " iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1186                         rw == READ ? 'R' : 'W',
1187                         tg->bytes_disp[rw], bio->bi_size, tg->bps[rw],
1188                         tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1189                         tg->nr_queued[READ], tg->nr_queued[WRITE]);
1190
1191         bio_associate_current(bio);
1192         throtl_add_bio_tg(q->td, tg, bio);
1193         throttled = true;
1194
1195         if (update_disptime) {
1196                 tg_update_disptime(td, tg);
1197                 throtl_schedule_next_dispatch(td);
1198         }
1199
1200 out_unlock:
1201         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1202 out_unlock_rcu:
1203         rcu_read_unlock();
1204 out:
1205         return throttled;
1206 }
1207
1208 /**
1209  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1210  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1211  *
1212  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1213  */
1214 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1215         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1216 {
1217         struct throtl_data *td = q->td;
1218         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
1219         struct throtl_grp *tg;
1220         struct bio_list bl;
1221         struct bio *bio;
1222
1223         queue_lockdep_assert_held(q);
1224
1225         bio_list_init(&bl);
1226
1227         while ((tg = throtl_rb_first(st))) {
1228                 throtl_dequeue_tg(td, tg);
1229
1230                 while ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[READ])))
1231                         tg_dispatch_one_bio(td, tg, bio_data_dir(bio), &bl);
1232                 while ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[WRITE])))
1233                         tg_dispatch_one_bio(td, tg, bio_data_dir(bio), &bl);
1234         }
1235         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1236
1237         while ((bio = bio_list_pop(&bl)))
1238                 generic_make_request(bio);
1239
1240         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1241 }
1242
1243 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1244 {
1245         struct throtl_data *td;
1246         int ret;
1247
1248         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1249         if (!td)
1250                 return -ENOMEM;
1251
1252         td->tg_service_tree = THROTL_RB_ROOT;
1253         td->limits_changed = false;
1254         INIT_DELAYED_WORK(&td->throtl_work, blk_throtl_work);
1255
1256         q->td = td;
1257         td->queue = q;
1258
1259         /* activate policy */
1260         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1261         if (ret)
1262                 kfree(td);
1263         return ret;
1264 }
1265
1266 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1267 {
1268         BUG_ON(!q->td);
1269         throtl_shutdown_wq(q);
1270         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1271         kfree(q->td);
1272 }
1273
1274 static int __init throtl_init(void)
1275 {
1276         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1277         if (!kthrotld_workqueue)
1278                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1279
1280         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1281 }
1282
1283 module_init(throtl_init);