Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/dtor/input
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / x86 / intel_rdt_ui.txt
1 User Interface for Resource Allocation in Intel Resource Director Technology
2
3 Copyright (C) 2016 Intel Corporation
4
5 Fenghua Yu <fenghua.yu@intel.com>
6 Tony Luck <tony.luck@intel.com>
7 Vikas Shivappa <vikas.shivappa@intel.com>
8
9 This feature is enabled by the CONFIG_INTEL_RDT_A Kconfig and the
10 X86 /proc/cpuinfo flag bits "rdt", "cat_l3" and "cdp_l3".
11
12 To use the feature mount the file system:
13
14  # mount -t resctrl resctrl [-o cdp] /sys/fs/resctrl
15
16 mount options are:
17
18 "cdp": Enable code/data prioritization in L3 cache allocations.
19
20
21 Info directory
22 --------------
23
24 The 'info' directory contains information about the enabled
25 resources. Each resource has its own subdirectory. The subdirectory
26 names reflect the resource names.
27 Cache resource(L3/L2)  subdirectory contains the following files:
28
29 "num_closids":          The number of CLOSIDs which are valid for this
30                         resource. The kernel uses the smallest number of
31                         CLOSIDs of all enabled resources as limit.
32
33 "cbm_mask":             The bitmask which is valid for this resource.
34                         This mask is equivalent to 100%.
35
36 "min_cbm_bits":         The minimum number of consecutive bits which
37                         must be set when writing a mask.
38
39 Memory bandwitdh(MB) subdirectory contains the following files:
40
41 "min_bandwidth":        The minimum memory bandwidth percentage which
42                         user can request.
43
44 "bandwidth_gran":       The granularity in which the memory bandwidth
45                         percentage is allocated. The allocated
46                         b/w percentage is rounded off to the next
47                         control step available on the hardware. The
48                         available bandwidth control steps are:
49                         min_bandwidth + N * bandwidth_gran.
50
51 "delay_linear":         Indicates if the delay scale is linear or
52                         non-linear. This field is purely informational
53                         only.
54
55 Resource groups
56 ---------------
57 Resource groups are represented as directories in the resctrl file
58 system. The default group is the root directory. Other groups may be
59 created as desired by the system administrator using the "mkdir(1)"
60 command, and removed using "rmdir(1)".
61
62 There are three files associated with each group:
63
64 "tasks": A list of tasks that belongs to this group. Tasks can be
65         added to a group by writing the task ID to the "tasks" file
66         (which will automatically remove them from the previous
67         group to which they belonged). New tasks created by fork(2)
68         and clone(2) are added to the same group as their parent.
69         If a pid is not in any sub partition, it is in root partition
70         (i.e. default partition).
71
72 "cpus": A bitmask of logical CPUs assigned to this group. Writing
73         a new mask can add/remove CPUs from this group. Added CPUs
74         are removed from their previous group. Removed ones are
75         given to the default (root) group. You cannot remove CPUs
76         from the default group.
77
78 "cpus_list": One or more CPU ranges of logical CPUs assigned to this
79              group. Same rules apply like for the "cpus" file.
80
81 "schemata": A list of all the resources available to this group.
82         Each resource has its own line and format - see below for
83         details.
84
85 When a task is running the following rules define which resources
86 are available to it:
87
88 1) If the task is a member of a non-default group, then the schemata
89 for that group is used.
90
91 2) Else if the task belongs to the default group, but is running on a
92 CPU that is assigned to some specific group, then the schemata for
93 the CPU's group is used.
94
95 3) Otherwise the schemata for the default group is used.
96
97
98 Schemata files - general concepts
99 ---------------------------------
100 Each line in the file describes one resource. The line starts with
101 the name of the resource, followed by specific values to be applied
102 in each of the instances of that resource on the system.
103
104 Cache IDs
105 ---------
106 On current generation systems there is one L3 cache per socket and L2
107 caches are generally just shared by the hyperthreads on a core, but this
108 isn't an architectural requirement. We could have multiple separate L3
109 caches on a socket, multiple cores could share an L2 cache. So instead
110 of using "socket" or "core" to define the set of logical cpus sharing
111 a resource we use a "Cache ID". At a given cache level this will be a
112 unique number across the whole system (but it isn't guaranteed to be a
113 contiguous sequence, there may be gaps).  To find the ID for each logical
114 CPU look in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cache/index*/id
115
116 Cache Bit Masks (CBM)
117 ---------------------
118 For cache resources we describe the portion of the cache that is available
119 for allocation using a bitmask. The maximum value of the mask is defined
120 by each cpu model (and may be different for different cache levels). It
121 is found using CPUID, but is also provided in the "info" directory of
122 the resctrl file system in "info/{resource}/cbm_mask". X86 hardware
123 requires that these masks have all the '1' bits in a contiguous block. So
124 0x3, 0x6 and 0xC are legal 4-bit masks with two bits set, but 0x5, 0x9
125 and 0xA are not.  On a system with a 20-bit mask each bit represents 5%
126 of the capacity of the cache. You could partition the cache into four
127 equal parts with masks: 0x1f, 0x3e0, 0x7c00, 0xf8000.
128
129 Memory bandwidth(b/w) percentage
130 --------------------------------
131 For Memory b/w resource, user controls the resource by indicating the
132 percentage of total memory b/w.
133
134 The minimum bandwidth percentage value for each cpu model is predefined
135 and can be looked up through "info/MB/min_bandwidth". The bandwidth
136 granularity that is allocated is also dependent on the cpu model and can
137 be looked up at "info/MB/bandwidth_gran". The available bandwidth
138 control steps are: min_bw + N * bw_gran. Intermediate values are rounded
139 to the next control step available on the hardware.
140
141 The bandwidth throttling is a core specific mechanism on some of Intel
142 SKUs. Using a high bandwidth and a low bandwidth setting on two threads
143 sharing a core will result in both threads being throttled to use the
144 low bandwidth.
145
146 L3 details (code and data prioritization disabled)
147 --------------------------------------------------
148 With CDP disabled the L3 schemata format is:
149
150         L3:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
151
152 L3 details (CDP enabled via mount option to resctrl)
153 ----------------------------------------------------
154 When CDP is enabled L3 control is split into two separate resources
155 so you can specify independent masks for code and data like this:
156
157         L3data:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
158         L3code:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
159
160 L2 details
161 ----------
162 L2 cache does not support code and data prioritization, so the
163 schemata format is always:
164
165         L2:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
166
167 Memory b/w Allocation details
168 -----------------------------
169
170 Memory b/w domain is L3 cache.
171
172         MB:<cache_id0>=bandwidth0;<cache_id1>=bandwidth1;...
173
174 Reading/writing the schemata file
175 ---------------------------------
176 Reading the schemata file will show the state of all resources
177 on all domains. When writing you only need to specify those values
178 which you wish to change.  E.g.
179
180 # cat schemata
181 L3DATA:0=fffff;1=fffff;2=fffff;3=fffff
182 L3CODE:0=fffff;1=fffff;2=fffff;3=fffff
183 # echo "L3DATA:2=3c0;" > schemata
184 # cat schemata
185 L3DATA:0=fffff;1=fffff;2=3c0;3=fffff
186 L3CODE:0=fffff;1=fffff;2=fffff;3=fffff
187
188 Example 1
189 ---------
190 On a two socket machine (one L3 cache per socket) with just four bits
191 for cache bit masks, minimum b/w of 10% with a memory bandwidth
192 granularity of 10%
193
194 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
195 # cd /sys/fs/resctrl
196 # mkdir p0 p1
197 # echo "L3:0=3;1=c\nMB:0=50;1=50" > /sys/fs/resctrl/p0/schemata
198 # echo "L3:0=3;1=3\nMB:0=50;1=50" > /sys/fs/resctrl/p1/schemata
199
200 The default resource group is unmodified, so we have access to all parts
201 of all caches (its schemata file reads "L3:0=f;1=f").
202
203 Tasks that are under the control of group "p0" may only allocate from the
204 "lower" 50% on cache ID 0, and the "upper" 50% of cache ID 1.
205 Tasks in group "p1" use the "lower" 50% of cache on both sockets.
206
207 Similarly, tasks that are under the control of group "p0" may use a
208 maximum memory b/w of 50% on socket0 and 50% on socket 1.
209 Tasks in group "p1" may also use 50% memory b/w on both sockets.
210 Note that unlike cache masks, memory b/w cannot specify whether these
211 allocations can overlap or not. The allocations specifies the maximum
212 b/w that the group may be able to use and the system admin can configure
213 the b/w accordingly.
214
215 Example 2
216 ---------
217 Again two sockets, but this time with a more realistic 20-bit mask.
218
219 Two real time tasks pid=1234 running on processor 0 and pid=5678 running on
220 processor 1 on socket 0 on a 2-socket and dual core machine. To avoid noisy
221 neighbors, each of the two real-time tasks exclusively occupies one quarter
222 of L3 cache on socket 0.
223
224 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
225 # cd /sys/fs/resctrl
226
227 First we reset the schemata for the default group so that the "upper"
228 50% of the L3 cache on socket 0 and 50% of memory b/w cannot be used by
229 ordinary tasks:
230
231 # echo "L3:0=3ff;1=fffff\nMB:0=50;1=100" > schemata
232
233 Next we make a resource group for our first real time task and give
234 it access to the "top" 25% of the cache on socket 0.
235
236 # mkdir p0
237 # echo "L3:0=f8000;1=fffff" > p0/schemata
238
239 Finally we move our first real time task into this resource group. We
240 also use taskset(1) to ensure the task always runs on a dedicated CPU
241 on socket 0. Most uses of resource groups will also constrain which
242 processors tasks run on.
243
244 # echo 1234 > p0/tasks
245 # taskset -cp 1 1234
246
247 Ditto for the second real time task (with the remaining 25% of cache):
248
249 # mkdir p1
250 # echo "L3:0=7c00;1=fffff" > p1/schemata
251 # echo 5678 > p1/tasks
252 # taskset -cp 2 5678
253
254 For the same 2 socket system with memory b/w resource and CAT L3 the
255 schemata would look like(Assume min_bandwidth 10 and bandwidth_gran is
256 10):
257
258 For our first real time task this would request 20% memory b/w on socket
259 0.
260
261 # echo -e "L3:0=f8000;1=fffff\nMB:0=20;1=100" > p0/schemata
262
263 For our second real time task this would request an other 20% memory b/w
264 on socket 0.
265
266 # echo -e "L3:0=f8000;1=fffff\nMB:0=20;1=100" > p0/schemata
267
268 Example 3
269 ---------
270
271 A single socket system which has real-time tasks running on core 4-7 and
272 non real-time workload assigned to core 0-3. The real-time tasks share text
273 and data, so a per task association is not required and due to interaction
274 with the kernel it's desired that the kernel on these cores shares L3 with
275 the tasks.
276
277 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
278 # cd /sys/fs/resctrl
279
280 First we reset the schemata for the default group so that the "upper"
281 50% of the L3 cache on socket 0, and 50% of memory bandwidth on socket 0
282 cannot be used by ordinary tasks:
283
284 # echo "L3:0=3ff\nMB:0=50" > schemata
285
286 Next we make a resource group for our real time cores and give it access
287 to the "top" 50% of the cache on socket 0 and 50% of memory bandwidth on
288 socket 0.
289
290 # mkdir p0
291 # echo "L3:0=ffc00\nMB:0=50" > p0/schemata
292
293 Finally we move core 4-7 over to the new group and make sure that the
294 kernel and the tasks running there get 50% of the cache. They should
295 also get 50% of memory bandwidth assuming that the cores 4-7 are SMT
296 siblings and only the real time threads are scheduled on the cores 4-7.
297
298 # echo F0 > p0/cpus
299
300 4) Locking between applications
301
302 Certain operations on the resctrl filesystem, composed of read/writes
303 to/from multiple files, must be atomic.
304
305 As an example, the allocation of an exclusive reservation of L3 cache
306 involves:
307
308   1. Read the cbmmasks from each directory
309   2. Find a contiguous set of bits in the global CBM bitmask that is clear
310      in any of the directory cbmmasks
311   3. Create a new directory
312   4. Set the bits found in step 2 to the new directory "schemata" file
313
314 If two applications attempt to allocate space concurrently then they can
315 end up allocating the same bits so the reservations are shared instead of
316 exclusive.
317
318 To coordinate atomic operations on the resctrlfs and to avoid the problem
319 above, the following locking procedure is recommended:
320
321 Locking is based on flock, which is available in libc and also as a shell
322 script command
323
324 Write lock:
325
326  A) Take flock(LOCK_EX) on /sys/fs/resctrl
327  B) Read/write the directory structure.
328  C) funlock
329
330 Read lock:
331
332  A) Take flock(LOCK_SH) on /sys/fs/resctrl
333  B) If success read the directory structure.
334  C) funlock
335
336 Example with bash:
337
338 # Atomically read directory structure
339 $ flock -s /sys/fs/resctrl/ find /sys/fs/resctrl
340
341 # Read directory contents and create new subdirectory
342
343 $ cat create-dir.sh
344 find /sys/fs/resctrl/ > output.txt
345 mask = function-of(output.txt)
346 mkdir /sys/fs/resctrl/newres/
347 echo mask > /sys/fs/resctrl/newres/schemata
348
349 $ flock /sys/fs/resctrl/ ./create-dir.sh
350
351 Example with C:
352
353 /*
354  * Example code do take advisory locks
355  * before accessing resctrl filesystem
356  */
357 #include <sys/file.h>
358 #include <stdlib.h>
359
360 void resctrl_take_shared_lock(int fd)
361 {
362         int ret;
363
364         /* take shared lock on resctrl filesystem */
365         ret = flock(fd, LOCK_SH);
366         if (ret) {
367                 perror("flock");
368                 exit(-1);
369         }
370 }
371
372 void resctrl_take_exclusive_lock(int fd)
373 {
374         int ret;
375
376         /* release lock on resctrl filesystem */
377         ret = flock(fd, LOCK_EX);
378         if (ret) {
379                 perror("flock");
380                 exit(-1);
381         }
382 }
383
384 void resctrl_release_lock(int fd)
385 {
386         int ret;
387
388         /* take shared lock on resctrl filesystem */
389         ret = flock(fd, LOCK_UN);
390         if (ret) {
391                 perror("flock");
392                 exit(-1);
393         }
394 }
395
396 void main(void)
397 {
398         int fd, ret;
399
400         fd = open("/sys/fs/resctrl", O_DIRECTORY);
401         if (fd == -1) {
402                 perror("open");
403                 exit(-1);
404         }
405         resctrl_take_shared_lock(fd);
406         /* code to read directory contents */
407         resctrl_release_lock(fd);
408
409         resctrl_take_exclusive_lock(fd);
410         /* code to read and write directory contents */
411         resctrl_release_lock(fd);
412 }