block/blk-iolatency.c

   1 /*
   2  * Block rq-qos base io controller
   3  *
   4  * This works similar to wbt with a few exceptions
   5  *
   6  * - It's bio based, so the latency covers the whole block layer in addition to
   7  *   the actual io.
   8  * - We will throttle all IO that comes in here if we need to.
   9  * - We use the mean latency over the 100ms window.  This is because writes can
  10  *   be particularly fast, which could give us a false sense of the impact of
  11  *   other workloads on our protected workload.
  12  * - By default there's no throttling, we set the queue_depth to UINT_MAX so
  13  *   that we can have as many outstanding bio's as we're allowed to.  Only at
  14  *   throttle time do we pay attention to the actual queue depth.
  15  *
  16  * The hierarchy works like the cpu controller does, we track the latency at
  17  * every configured node, and each configured node has it's own independent
  18  * queue depth.  This means that we only care about our latency targets at the
  19  * peer level.  Some group at the bottom of the hierarchy isn't going to affect
  20  * a group at the end of some other path if we're only configred at leaf level.
  21  *
  22  * Consider the following
  23  *
  24  *                   root blkg
  25  *             /                     \
  26  *        fast (target=5ms)     slow (target=10ms)
  27  *         /     \                  /        \
  28  *       a        b          normal(15ms)   unloved
  29  *
  30  * "a" and "b" have no target, but their combined io under "fast" cannot exceed
  31  * an average latency of 5ms.  If it does then we will throttle the "slow"
  32  * group.  In the case of "normal", if it exceeds its 15ms target, we will
  33  * throttle "unloved", but nobody else.
  34  *
  35  * In this example "fast", "slow", and "normal" will be the only groups actually
  36  * accounting their io latencies.  We have to walk up the heirarchy to the root
  37  * on every submit and complete so we can do the appropriate stat recording and
  38  * adjust the queue depth of ourselves if needed.
  39  *
  40  * There are 2 ways we throttle IO.
  41  *
  42  * 1) Queue depth throttling.  As we throttle down we will adjust the maximum
  43  * number of IO's we're allowed to have in flight.  This starts at (u64)-1 down
  44  * to 1.  If the group is only ever submitting IO for itself then this is the
  45  * only way we throttle.
  46  *
  47  * 2) Induced delay throttling.  This is for the case that a group is generating
  48  * IO that has to be issued by the root cg to avoid priority inversion. So think
  49  * REQ_META or REQ_SWAP.  If we are already at qd == 1 and we're getting a lot
  50  * of work done for us on behalf of the root cg and are being asked to scale
  51  * down more then we induce a latency at userspace return.  We accumulate the
  52  * total amount of time we need to be punished by doing
  53  *
  54  * total_time += min_lat_nsec - actual_io_completion
  55  *
  56  * and then at throttle time will do
  57  *
  58  * throttle_time = min(total_time, NSEC_PER_SEC)
  59  *
  60  * This induced delay will throttle back the activity that is generating the
  61  * root cg issued io's, wethere that's some metadata intensive operation or the
  62  * group is using so much memory that it is pushing us into swap.
  63  *
  64  * Copyright (C) 2018 Josef Bacik
  65  */
  66 #include <linux/kernel.h>
  67 #include <linux/blk_types.h>
  68 #include <linux/backing-dev.h>
  69 #include <linux/module.h>
  70 #include <linux/timer.h>
  71 #include <linux/memcontrol.h>
  72 #include <linux/sched/loadavg.h>
  73 #include <linux/sched/signal.h>
  74 #include <trace/events/block.h>
  75 #include <linux/blk-mq.h>
  76 #include "blk-rq-qos.h"
  77 #include "blk-stat.h"
  78 #include "blk.h"
  79
  80 #define DEFAULT_SCALE_COOKIE 1000000U
  81
  82 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency;
  83 struct iolatency_grp;
  84
  85 struct blk_iolatency {
  86         struct rq_qos rqos;
  87         struct timer_list timer;
  88         atomic_t enabled;
  89 };
  90
  91 static inline struct blk_iolatency *BLKIOLATENCY(struct rq_qos *rqos)
  92 {
  93         return container_of(rqos, struct blk_iolatency, rqos);
  94 }
  95
  96 static inline bool blk_iolatency_enabled(struct blk_iolatency *blkiolat)
  97 {
  98         return atomic_read(&blkiolat->enabled) > 0;
  99 }
 100
 101 struct child_latency_info {
 102         spinlock_t lock;
 103
 104         /* Last time we adjusted the scale of everybody. */
 105         u64 last_scale_event;
 106
 107         /* The latency that we missed. */
 108         u64 scale_lat;
 109
 110         /* Total io's from all of our children for the last summation. */
 111         u64 nr_samples;
 112
 113         /* The guy who actually changed the latency numbers. */
 114         struct iolatency_grp *scale_grp;
 115
 116         /* Cookie to tell if we need to scale up or down. */
 117         atomic_t scale_cookie;
 118 };
 119
 120 struct percentile_stats {
 121         u64 total;
 122         u64 missed;
 123 };
 124
 125 struct latency_stat {
 126         union {
 127                 struct percentile_stats ps;
 128                 struct blk_rq_stat rqs;
 129         };
 130 };
 131
 132 struct iolatency_grp {
 133         struct blkg_policy_data pd;
 134         struct latency_stat __percpu *stats;
 135         struct latency_stat cur_stat;
 136         struct blk_iolatency *blkiolat;
 137         struct rq_depth rq_depth;
 138         struct rq_wait rq_wait;
 139         atomic64_t window_start;
 140         atomic_t scale_cookie;
 141         u64 min_lat_nsec;
 142         u64 cur_win_nsec;
 143
 144         /* total running average of our io latency. */
 145         u64 lat_avg;
 146
 147         /* Our current number of IO's for the last summation. */
 148         u64 nr_samples;
 149
 150         bool ssd;
 151         struct child_latency_info child_lat;
 152 };
 153
 154 #define BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE (100 * NSEC_PER_MSEC)
 155 #define BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE NSEC_PER_SEC
 156 /*
 157  * These are the constants used to fake the fixed-point moving average
 158  * calculation just like load average.  The call to calc_load() folds
 159  * (FIXED_1 (2048) - exp_factor) * new_sample into lat_avg.  The sampling
 160  * window size is bucketed to try to approximately calculate average
 161  * latency such that 1/exp (decay rate) is [1 min, 2.5 min) when windows
 162  * elapse immediately.  Note, windows only elapse with IO activity.  Idle
 163  * periods extend the most recent window.
 164  */
 165 #define BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS 5
 166 #define BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE (BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE / \
 167                                       (BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1))
 168 static const u64 iolatency_exp_factors[BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS] = {
 169         2045, // exp(1/600) - 600 samples
 170         2039, // exp(1/240) - 240 samples
 171         2031, // exp(1/120) - 120 samples
 172         2023, // exp(1/80)  - 80 samples
 173         2014, // exp(1/60)  - 60 samples
 174 };
 175
 176 static inline struct iolatency_grp *pd_to_lat(struct blkg_policy_data *pd)
 177 {
 178         return pd ? container_of(pd, struct iolatency_grp, pd) : NULL;
 179 }
 180
 181 static inline struct iolatency_grp *blkg_to_lat(struct blkcg_gq *blkg)
 182 {
 183         return pd_to_lat(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_iolatency));
 184 }
 185
 186 static inline struct blkcg_gq *lat_to_blkg(struct iolatency_grp *iolat)
 187 {
 188         return pd_to_blkg(&iolat->pd);
 189 }
 190
 191 static inline void latency_stat_init(struct iolatency_grp *iolat,
 192                                      struct latency_stat *stat)
 193 {
 194         if (iolat->ssd) {
 195                 stat->ps.total = 0;
 196                 stat->ps.missed = 0;
 197         } else
 198                 blk_rq_stat_init(&stat->rqs);
 199 }
 200
 201 static inline void latency_stat_sum(struct iolatency_grp *iolat,
 202                                     struct latency_stat *sum,
 203                                     struct latency_stat *stat)
 204 {
 205         if (iolat->ssd) {
 206                 sum->ps.total += stat->ps.total;
 207                 sum->ps.missed += stat->ps.missed;
 208         } else
 209                 blk_rq_stat_sum(&sum->rqs, &stat->rqs);
 210 }
 211
 212 static inline void latency_stat_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 213                                             u64 req_time)
 214 {
 215         struct latency_stat *stat = get_cpu_ptr(iolat->stats);
 216         if (iolat->ssd) {
 217                 if (req_time >= iolat->min_lat_nsec)
 218                         stat->ps.missed++;
 219                 stat->ps.total++;
 220         } else
 221                 blk_rq_stat_add(&stat->rqs, req_time);
 222         put_cpu_ptr(stat);
 223 }
 224
 225 static inline bool latency_sum_ok(struct iolatency_grp *iolat,
 226                                   struct latency_stat *stat)
 227 {
 228         if (iolat->ssd) {
 229                 u64 thresh = div64_u64(stat->ps.total, 10);
 230                 thresh = max(thresh, 1ULL);
 231                 return stat->ps.missed < thresh;
 232         }
 233         return stat->rqs.mean <= iolat->min_lat_nsec;
 234 }
 235
 236 static inline u64 latency_stat_samples(struct iolatency_grp *iolat,
 237                                        struct latency_stat *stat)
 238 {
 239         if (iolat->ssd)
 240                 return stat->ps.total;
 241         return stat->rqs.nr_samples;
 242 }
 243
 244 static inline void iolat_update_total_lat_avg(struct iolatency_grp *iolat,
 245                                               struct latency_stat *stat)
 246 {
 247         int exp_idx;
 248
 249         if (iolat->ssd)
 250                 return;
 251
 252         /*
 253          * calc_load() takes in a number stored in fixed point representation.
 254          * Because we are using this for IO time in ns, the values stored
 255          * are significantly larger than the FIXED_1 denominator (2048).
 256          * Therefore, rounding errors in the calculation are negligible and
 257          * can be ignored.
 258          */
 259         exp_idx = min_t(int, BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1,
 260                         div64_u64(iolat->cur_win_nsec,
 261                                   BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE));
 262         iolat->lat_avg = calc_load(iolat->lat_avg,
 263                                    iolatency_exp_factors[exp_idx],
 264                                    stat->rqs.mean);
 265 }
 266
 267 static void iolat_cleanup_cb(struct rq_wait *rqw, void *private_data)
 268 {
 269         atomic_dec(&rqw->inflight);
 270         wake_up(&rqw->wait);
 271 }
 272
 273 static bool iolat_acquire_inflight(struct rq_wait *rqw, void *private_data)
 274 {
 275         struct iolatency_grp *iolat = private_data;
 276         return rq_wait_inc_below(rqw, iolat->rq_depth.max_depth);
 277 }
 278
 279 static void __blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos,
 280                                        struct iolatency_grp *iolat,
 281                                        bool issue_as_root,
 282                                        bool use_memdelay)
 283 {
 284         struct rq_wait *rqw = &iolat->rq_wait;
 285         unsigned use_delay = atomic_read(&lat_to_blkg(iolat)->use_delay);
 286
 287         if (use_delay)
 288                 blkcg_schedule_throttle(rqos->q, use_memdelay);
 289
 290         /*
 291          * To avoid priority inversions we want to just take a slot if we are
 292          * issuing as root.  If we're being killed off there's no point in
 293          * delaying things, we may have been killed by OOM so throttling may
 294          * make recovery take even longer, so just let the IO's through so the
 295          * task can go away.
 296          */
 297         if (issue_as_root || fatal_signal_pending(current)) {
 298                 atomic_inc(&rqw->inflight);
 299                 return;
 300         }
 301
 302         rq_qos_wait(rqw, iolat, iolat_acquire_inflight, iolat_cleanup_cb);
 303 }
 304
 305 #define SCALE_DOWN_FACTOR 2
 306 #define SCALE_UP_FACTOR 4
 307
 308 static inline unsigned long scale_amount(unsigned long qd, bool up)
 309 {
 310         return max(up ? qd >> SCALE_UP_FACTOR : qd >> SCALE_DOWN_FACTOR, 1UL);
 311 }
 312
 313 /*
 314  * We scale the qd down faster than we scale up, so we need to use this helper
 315  * to adjust the scale_cookie accordingly so we don't prematurely get
 316  * scale_cookie at DEFAULT_SCALE_COOKIE and unthrottle too much.
 317  *
 318  * Each group has their own local copy of the last scale cookie they saw, so if
 319  * the global scale cookie goes up or down they know which way they need to go
 320  * based on their last knowledge of it.
 321  */
 322 static void scale_cookie_change(struct blk_iolatency *blkiolat,
 323                                 struct child_latency_info *lat_info,
 324                                 bool up)
 325 {
 326         unsigned long qd = blkiolat->rqos.q->nr_requests;
 327         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 328         unsigned long old = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 329         unsigned long max_scale = qd << 1;
 330         unsigned long diff = 0;
 331
 332         if (old < DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 333                 diff = DEFAULT_SCALE_COOKIE - old;
 334
 335         if (up) {
 336                 if (scale + old > DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 337                         atomic_set(&lat_info->scale_cookie,
 338                                    DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 339                 else if (diff > qd)
 340                         atomic_inc(&lat_info->scale_cookie);
 341                 else
 342                         atomic_add(scale, &lat_info->scale_cookie);
 343         } else {
 344                 /*
 345                  * We don't want to dig a hole so deep that it takes us hours to
 346                  * dig out of it.  Just enough that we don't throttle/unthrottle
 347                  * with jagged workloads but can still unthrottle once pressure
 348                  * has sufficiently dissipated.
 349                  */
 350                 if (diff > qd) {
 351                         if (diff < max_scale)
 352                                 atomic_dec(&lat_info->scale_cookie);
 353                 } else {
 354                         atomic_sub(scale, &lat_info->scale_cookie);
 355                 }
 356         }
 357 }
 358
 359 /*
 360  * Change the queue depth of the iolatency_grp.  We add/subtract 1/16th of the
 361  * queue depth at a time so we don't get wild swings and hopefully dial in to
 362  * fairer distribution of the overall queue depth.
 363  */
 364 static void scale_change(struct iolatency_grp *iolat, bool up)
 365 {
 366         unsigned long qd = iolat->blkiolat->rqos.q->nr_requests;
 367         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 368         unsigned long old = iolat->rq_depth.max_depth;
 369
 370         if (old > qd)
 371                 old = qd;
 372
 373         if (up) {
 374                 if (old == 1 && blkcg_unuse_delay(lat_to_blkg(iolat)))
 375                         return;
 376
 377                 if (old < qd) {
 378                         old += scale;
 379                         old = min(old, qd);
 380                         iolat->rq_depth.max_depth = old;
 381                         wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 382                 }
 383         } else {
 384                 old >>= 1;
 385                 iolat->rq_depth.max_depth = max(old, 1UL);
 386         }
 387 }
 388
 389 /* Check our parent and see if the scale cookie has changed. */
 390 static void check_scale_change(struct iolatency_grp *iolat)
 391 {
 392         struct iolatency_grp *parent;
 393         struct child_latency_info *lat_info;
 394         unsigned int cur_cookie;
 395         unsigned int our_cookie = atomic_read(&iolat->scale_cookie);
 396         u64 scale_lat;
 397         unsigned int old;
 398         int direction = 0;
 399
 400         if (lat_to_blkg(iolat)->parent == NULL)
 401                 return;
 402
 403         parent = blkg_to_lat(lat_to_blkg(iolat)->parent);
 404         if (!parent)
 405                 return;
 406
 407         lat_info = &parent->child_lat;
 408         cur_cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 409         scale_lat = READ_ONCE(lat_info->scale_lat);
 410
 411         if (cur_cookie < our_cookie)
 412                 direction = -1;
 413         else if (cur_cookie > our_cookie)
 414                 direction = 1;
 415         else
 416                 return;
 417
 418         old = atomic_cmpxchg(&iolat->scale_cookie, our_cookie, cur_cookie);
 419
 420         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 421         if (old != our_cookie)
 422                 return;
 423
 424         if (direction < 0 && iolat->min_lat_nsec) {
 425                 u64 samples_thresh;
 426
 427                 if (!scale_lat || iolat->min_lat_nsec <= scale_lat)
 428                         return;
 429
 430                 /*
 431                  * Sometimes high priority groups are their own worst enemy, so
 432                  * instead of taking it out on some poor other group that did 5%
 433                  * or less of the IO's for the last summation just skip this
 434                  * scale down event.
 435                  */
 436                 samples_thresh = lat_info->nr_samples * 5;
 437                 samples_thresh = max(1ULL, div64_u64(samples_thresh, 100));
 438                 if (iolat->nr_samples <= samples_thresh)
 439                         return;
 440         }
 441
 442         /* We're as low as we can go. */
 443         if (iolat->rq_depth.max_depth == 1 && direction < 0) {
 444                 blkcg_use_delay(lat_to_blkg(iolat));
 445                 return;
 446         }
 447
 448         /* We're back to the default cookie, unthrottle all the things. */
 449         if (cur_cookie == DEFAULT_SCALE_COOKIE) {
 450                 blkcg_clear_delay(lat_to_blkg(iolat));
 451                 iolat->rq_depth.max_depth = UINT_MAX;
 452                 wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 453                 return;
 454         }
 455
 456         scale_change(iolat, direction > 0);
 457 }
 458
 459 static void blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 460 {
 461         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 462         struct blkcg_gq *blkg = bio->bi_blkg;
 463         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 464
 465         if (!blk_iolatency_enabled(blkiolat))
 466                 return;
 467
 468         while (blkg && blkg->parent) {
 469                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 470                 if (!iolat) {
 471                         blkg = blkg->parent;
 472                         continue;
 473                 }
 474
 475                 check_scale_change(iolat);
 476                 __blkcg_iolatency_throttle(rqos, iolat, issue_as_root,
 477                                      (bio->bi_opf & REQ_SWAP) == REQ_SWAP);
 478                 blkg = blkg->parent;
 479         }
 480         if (!timer_pending(&blkiolat->timer))
 481                 mod_timer(&blkiolat->timer, jiffies + HZ);
 482 }
 483
 484 static void iolatency_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 485                                   struct bio_issue *issue, u64 now,
 486                                   bool issue_as_root)
 487 {
 488         u64 start = bio_issue_time(issue);
 489         u64 req_time;
 490
 491         /*
 492          * Have to do this so we are truncated to the correct time that our
 493          * issue is truncated to.
 494          */
 495         now = __bio_issue_time(now);
 496
 497         if (now <= start)
 498                 return;
 499
 500         req_time = now - start;
 501
 502         /*
 503          * We don't want to count issue_as_root bio's in the cgroups latency
 504          * statistics as it could skew the numbers downwards.
 505          */
 506         if (unlikely(issue_as_root && iolat->rq_depth.max_depth != UINT_MAX)) {
 507                 u64 sub = iolat->min_lat_nsec;
 508                 if (req_time < sub)
 509                         blkcg_add_delay(lat_to_blkg(iolat), now, sub - req_time);
 510                 return;
 511         }
 512
 513         latency_stat_record_time(iolat, req_time);
 514 }
 515
 516 #define BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME (500 * NSEC_PER_MSEC)
 517 #define BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES 5
 518
 519 static void iolatency_check_latencies(struct iolatency_grp *iolat, u64 now)
 520 {
 521         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 522         struct iolatency_grp *parent;
 523         struct child_latency_info *lat_info;
 524         struct latency_stat stat;
 525         unsigned long flags;
 526         int cpu;
 527
 528         latency_stat_init(iolat, &stat);
 529         preempt_disable();
 530         for_each_online_cpu(cpu) {
 531                 struct latency_stat *s;
 532                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 533                 latency_stat_sum(iolat, &stat, s);
 534                 latency_stat_init(iolat, s);
 535         }
 536         preempt_enable();
 537
 538         parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
 539         if (!parent)
 540                 return;
 541
 542         lat_info = &parent->child_lat;
 543
 544         iolat_update_total_lat_avg(iolat, &stat);
 545
 546         /* Everything is ok and we don't need to adjust the scale. */
 547         if (latency_sum_ok(iolat, &stat) &&
 548             atomic_read(&lat_info->scale_cookie) == DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 549                 return;
 550
 551         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 552         spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 553
 554         latency_stat_sum(iolat, &iolat->cur_stat, &stat);
 555         lat_info->nr_samples -= iolat->nr_samples;
 556         lat_info->nr_samples += latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat);
 557         iolat->nr_samples = latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat);
 558
 559         if ((lat_info->last_scale_event >= now ||
 560             now - lat_info->last_scale_event < BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME))
 561                 goto out;
 562
 563         if (latency_sum_ok(iolat, &iolat->cur_stat) &&
 564             latency_sum_ok(iolat, &stat)) {
 565                 if (latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat) <
 566                     BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES)
 567                         goto out;
 568                 if (lat_info->scale_grp == iolat) {
 569                         lat_info->last_scale_event = now;
 570                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 571                 }
 572         } else if (lat_info->scale_lat == 0 ||
 573                    lat_info->scale_lat >= iolat->min_lat_nsec) {
 574                 lat_info->last_scale_event = now;
 575                 if (!lat_info->scale_grp ||
 576                     lat_info->scale_lat > iolat->min_lat_nsec) {
 577                         WRITE_ONCE(lat_info->scale_lat, iolat->min_lat_nsec);
 578                         lat_info->scale_grp = iolat;
 579                 }
 580                 scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, false);
 581         }
 582         latency_stat_init(iolat, &iolat->cur_stat);
 583 out:
 584         spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 585 }
 586
 587 static void blkcg_iolatency_done_bio(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 588 {
 589         struct blkcg_gq *blkg;
 590         struct rq_wait *rqw;
 591         struct iolatency_grp *iolat;
 592         u64 window_start;
 593         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 594         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 595         bool enabled = false;
 596         int inflight = 0;
 597
 598         blkg = bio->bi_blkg;
 599         if (!blkg || !bio_flagged(bio, BIO_TRACKED))
 600                 return;
 601
 602         iolat = blkg_to_lat(bio->bi_blkg);
 603         if (!iolat)
 604                 return;
 605
 606         enabled = blk_iolatency_enabled(iolat->blkiolat);
 607         if (!enabled)
 608                 return;
 609
 610         while (blkg && blkg->parent) {
 611                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 612                 if (!iolat) {
 613                         blkg = blkg->parent;
 614                         continue;
 615                 }
 616                 rqw = &iolat->rq_wait;
 617
 618                 inflight = atomic_dec_return(&rqw->inflight);
 619                 WARN_ON_ONCE(inflight < 0);
 620                 if (iolat->min_lat_nsec == 0)
 621                         goto next;
 622                 iolatency_record_time(iolat, &bio->bi_issue, now,
 623                                       issue_as_root);
 624                 window_start = atomic64_read(&iolat->window_start);
 625                 if (now > window_start &&
 626                     (now - window_start) >= iolat->cur_win_nsec) {
 627                         if (atomic64_cmpxchg(&iolat->window_start,
 628                                         window_start, now) == window_start)
 629                                 iolatency_check_latencies(iolat, now);
 630                 }
 631 next:
 632                 wake_up(&rqw->wait);
 633                 blkg = blkg->parent;
 634         }
 635 }
 636
 637 static void blkcg_iolatency_cleanup(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 638 {
 639         struct blkcg_gq *blkg;
 640
 641         blkg = bio->bi_blkg;
 642         while (blkg && blkg->parent) {
 643                 struct rq_wait *rqw;
 644                 struct iolatency_grp *iolat;
 645
 646                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 647                 if (!iolat)
 648                         goto next;
 649
 650                 rqw = &iolat->rq_wait;
 651                 atomic_dec(&rqw->inflight);
 652                 wake_up(&rqw->wait);
 653 next:
 654                 blkg = blkg->parent;
 655         }
 656 }
 657
 658 static void blkcg_iolatency_exit(struct rq_qos *rqos)
 659 {
 660         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 661
 662         del_timer_sync(&blkiolat->timer);
 663         blkcg_deactivate_policy(rqos->q, &blkcg_policy_iolatency);
 664         kfree(blkiolat);
 665 }
 666
 667 static struct rq_qos_ops blkcg_iolatency_ops = {
 668         .throttle = blkcg_iolatency_throttle,
 669         .cleanup = blkcg_iolatency_cleanup,
 670         .done_bio = blkcg_iolatency_done_bio,
 671         .exit = blkcg_iolatency_exit,
 672 };
 673
 674 static void blkiolatency_timer_fn(struct timer_list *t)
 675 {
 676         struct blk_iolatency *blkiolat = from_timer(blkiolat, t, timer);
 677         struct blkcg_gq *blkg;
 678         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
 679         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 680
 681         rcu_read_lock();
 682         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css,
 683                                      blkiolat->rqos.q->root_blkg) {
 684                 struct iolatency_grp *iolat;
 685                 struct child_latency_info *lat_info;
 686                 unsigned long flags;
 687                 u64 cookie;
 688
 689                 /*
 690                  * We could be exiting, don't access the pd unless we have a
 691                  * ref on the blkg.
 692                  */
 693                 if (!blkg_tryget(blkg))
 694                         continue;
 695
 696                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 697                 if (!iolat)
 698                         goto next;
 699
 700                 lat_info = &iolat->child_lat;
 701                 cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 702
 703                 if (cookie >= DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 704                         goto next;
 705
 706                 spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 707                 if (lat_info->last_scale_event >= now)
 708                         goto next_lock;
 709
 710                 /*
 711                  * We scaled down but don't have a scale_grp, scale up and carry
 712                  * on.
 713                  */
 714                 if (lat_info->scale_grp == NULL) {
 715                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 716                         goto next_lock;
 717                 }
 718
 719                 /*
 720                  * It's been 5 seconds since our last scale event, clear the
 721                  * scale grp in case the group that needed the scale down isn't
 722                  * doing any IO currently.
 723                  */
 724                 if (now - lat_info->last_scale_event >=
 725                     ((u64)NSEC_PER_SEC * 5))
 726                         lat_info->scale_grp = NULL;
 727 next_lock:
 728                 spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 729 next:
 730                 blkg_put(blkg);
 731         }
 732         rcu_read_unlock();
 733 }
 734
 735 int blk_iolatency_init(struct request_queue *q)
 736 {
 737         struct blk_iolatency *blkiolat;
 738         struct rq_qos *rqos;
 739         int ret;
 740
 741         blkiolat = kzalloc(sizeof(*blkiolat), GFP_KERNEL);
 742         if (!blkiolat)
 743                 return -ENOMEM;
 744
 745         rqos = &blkiolat->rqos;
 746         rqos->id = RQ_QOS_CGROUP;
 747         rqos->ops = &blkcg_iolatency_ops;
 748         rqos->q = q;
 749
 750         rq_qos_add(q, rqos);
 751
 752         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_iolatency);
 753         if (ret) {
 754                 rq_qos_del(q, rqos);
 755                 kfree(blkiolat);
 756                 return ret;
 757         }
 758
 759         timer_setup(&blkiolat->timer, blkiolatency_timer_fn, 0);
 760
 761         return 0;
 762 }
 763
 764 /*
 765  * return 1 for enabling iolatency, return -1 for disabling iolatency, otherwise
 766  * return 0.
 767  */
 768 static int iolatency_set_min_lat_nsec(struct blkcg_gq *blkg, u64 val)
 769 {
 770         struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 771         u64 oldval = iolat->min_lat_nsec;
 772
 773         iolat->min_lat_nsec = val;
 774         iolat->cur_win_nsec = max_t(u64, val << 4, BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE);
 775         iolat->cur_win_nsec = min_t(u64, iolat->cur_win_nsec,
 776                                     BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE);
 777
 778         if (!oldval && val)
 779                 return 1;
 780         if (oldval && !val)
 781                 return -1;
 782         return 0;
 783 }
 784
 785 static void iolatency_clear_scaling(struct blkcg_gq *blkg)
 786 {
 787         if (blkg->parent) {
 788                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg->parent);
 789                 struct child_latency_info *lat_info;
 790                 if (!iolat)
 791                         return;
 792
 793                 lat_info = &iolat->child_lat;
 794                 spin_lock(&lat_info->lock);
 795                 atomic_set(&lat_info->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 796                 lat_info->last_scale_event = 0;
 797                 lat_info->scale_grp = NULL;
 798                 lat_info->scale_lat = 0;
 799                 spin_unlock(&lat_info->lock);
 800         }
 801 }
 802
 803 static ssize_t iolatency_set_limit(struct kernfs_open_file *of, char *buf,
 804                              size_t nbytes, loff_t off)
 805 {
 806         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
 807         struct blkcg_gq *blkg;
 808         struct blkg_conf_ctx ctx;
 809         struct iolatency_grp *iolat;
 810         char *p, *tok;
 811         u64 lat_val = 0;
 812         u64 oldval;
 813         int ret;
 814         int enable = 0;
 815
 816         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_iolatency, buf, &ctx);
 817         if (ret)
 818                 return ret;
 819
 820         iolat = blkg_to_lat(ctx.blkg);
 821         p = ctx.body;
 822
 823         ret = -EINVAL;
 824         while ((tok = strsep(&p, " "))) {
 825                 char key[16];
 826                 char val[21];   /* 18446744073709551616 */
 827
 828                 if (sscanf(tok, "%15[^=]=%20s", key, val) != 2)
 829                         goto out;
 830
 831                 if (!strcmp(key, "target")) {
 832                         u64 v;
 833
 834                         if (!strcmp(val, "max"))
 835                                 lat_val = 0;
 836                         else if (sscanf(val, "%llu", &v) == 1)
 837                                 lat_val = v * NSEC_PER_USEC;
 838                         else
 839                                 goto out;
 840                 } else {
 841                         goto out;
 842                 }
 843         }
 844
 845         /* Walk up the tree to see if our new val is lower than it should be. */
 846         blkg = ctx.blkg;
 847         oldval = iolat->min_lat_nsec;
 848
 849         enable = iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, lat_val);
 850         if (enable) {
 851                 WARN_ON_ONCE(!blk_get_queue(blkg->q));
 852                 blkg_get(blkg);
 853         }
 854
 855         if (oldval != iolat->min_lat_nsec) {
 856                 iolatency_clear_scaling(blkg);
 857         }
 858
 859         ret = 0;
 860 out:
 861         blkg_conf_finish(&ctx);
 862         if (ret == 0 && enable) {
 863                 struct iolatency_grp *tmp = blkg_to_lat(blkg);
 864                 struct blk_iolatency *blkiolat = tmp->blkiolat;
 865
 866                 blk_mq_freeze_queue(blkg->q);
 867
 868                 if (enable == 1)
 869                         atomic_inc(&blkiolat->enabled);
 870                 else if (enable == -1)
 871                         atomic_dec(&blkiolat->enabled);
 872                 else
 873                         WARN_ON_ONCE(1);
 874
 875                 blk_mq_unfreeze_queue(blkg->q);
 876
 877                 blkg_put(blkg);
 878                 blk_put_queue(blkg->q);
 879         }
 880         return ret ?: nbytes;
 881 }
 882
 883 static u64 iolatency_prfill_limit(struct seq_file *sf,
 884                                   struct blkg_policy_data *pd, int off)
 885 {
 886         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 887         const char *dname = blkg_dev_name(pd->blkg);
 888
 889         if (!dname || !iolat->min_lat_nsec)
 890                 return 0;
 891         seq_printf(sf, "%s target=%llu\n",
 892                    dname, div_u64(iolat->min_lat_nsec, NSEC_PER_USEC));
 893         return 0;
 894 }
 895
 896 static int iolatency_print_limit(struct seq_file *sf, void *v)
 897 {
 898         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)),
 899                           iolatency_prfill_limit,
 900                           &blkcg_policy_iolatency, seq_cft(sf)->private, false);
 901         return 0;
 902 }
 903
 904 static size_t iolatency_ssd_stat(struct iolatency_grp *iolat, char *buf,
 905                                  size_t size)
 906 {
 907         struct latency_stat stat;
 908         int cpu;
 909
 910         latency_stat_init(iolat, &stat);
 911         preempt_disable();
 912         for_each_online_cpu(cpu) {
 913                 struct latency_stat *s;
 914                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 915                 latency_stat_sum(iolat, &stat, s);
 916         }
 917         preempt_enable();
 918
 919         if (iolat->rq_depth.max_depth == UINT_MAX)
 920                 return scnprintf(buf, size, " missed=%llu total=%llu depth=max",
 921                                  (unsigned long long)stat.ps.missed,
 922                                  (unsigned long long)stat.ps.total);
 923         return scnprintf(buf, size, " missed=%llu total=%llu depth=%u",
 924                          (unsigned long long)stat.ps.missed,
 925                          (unsigned long long)stat.ps.total,
 926                          iolat->rq_depth.max_depth);
 927 }
 928
 929 static size_t iolatency_pd_stat(struct blkg_policy_data *pd, char *buf,
 930                                 size_t size)
 931 {
 932         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 933         unsigned long long avg_lat;
 934         unsigned long long cur_win;
 935
 936         if (iolat->ssd)
 937                 return iolatency_ssd_stat(iolat, buf, size);
 938
 939         avg_lat = div64_u64(iolat->lat_avg, NSEC_PER_USEC);
 940         cur_win = div64_u64(iolat->cur_win_nsec, NSEC_PER_MSEC);
 941         if (iolat->rq_depth.max_depth == UINT_MAX)
 942                 return scnprintf(buf, size, " depth=max avg_lat=%llu win=%llu",
 943                                  avg_lat, cur_win);
 944
 945         return scnprintf(buf, size, " depth=%u avg_lat=%llu win=%llu",
 946                          iolat->rq_depth.max_depth, avg_lat, cur_win);
 947 }
 948
 949
 950 static struct blkg_policy_data *iolatency_pd_alloc(gfp_t gfp, int node)
 951 {
 952         struct iolatency_grp *iolat;
 953
 954         iolat = kzalloc_node(sizeof(*iolat), gfp, node);
 955         if (!iolat)
 956                 return NULL;
 957         iolat->stats = __alloc_percpu_gfp(sizeof(struct latency_stat),
 958                                        __alignof__(struct latency_stat), gfp);
 959         if (!iolat->stats) {
 960                 kfree(iolat);
 961                 return NULL;
 962         }
 963         return &iolat->pd;
 964 }
 965
 966 static void iolatency_pd_init(struct blkg_policy_data *pd)
 967 {
 968         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 969         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 970         struct rq_qos *rqos = blkcg_rq_qos(blkg->q);
 971         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 972         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 973         int cpu;
 974
 975         if (blk_queue_nonrot(blkg->q))
 976                 iolat->ssd = true;
 977         else
 978                 iolat->ssd = false;
 979
 980         for_each_possible_cpu(cpu) {
 981                 struct latency_stat *stat;
 982                 stat = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 983                 latency_stat_init(iolat, stat);
 984         }
 985
 986         latency_stat_init(iolat, &iolat->cur_stat);
 987         rq_wait_init(&iolat->rq_wait);
 988         spin_lock_init(&iolat->child_lat.lock);
 989         iolat->rq_depth.queue_depth = blkg->q->nr_requests;
 990         iolat->rq_depth.max_depth = UINT_MAX;
 991         iolat->rq_depth.default_depth = iolat->rq_depth.queue_depth;
 992         iolat->blkiolat = blkiolat;
 993         iolat->cur_win_nsec = 100 * NSEC_PER_MSEC;
 994         atomic64_set(&iolat->window_start, now);
 995
 996         /*
 997          * We init things in list order, so the pd for the parent may not be
 998          * init'ed yet for whatever reason.
 999          */
1000         if (blkg->parent && blkg_to_pd(blkg->parent, &blkcg_policy_iolatency)) {
1001                 struct iolatency_grp *parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
1002                 atomic_set(&iolat->scale_cookie,
1003                            atomic_read(&parent->child_lat.scale_cookie));
1004         } else {
1005                 atomic_set(&iolat->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
1006         }
1007
1008         atomic_set(&iolat->child_lat.scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
1009 }
1010
1011 static void iolatency_pd_offline(struct blkg_policy_data *pd)
1012 {
1013         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
1014         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
1015         struct blk_iolatency *blkiolat = iolat->blkiolat;
1016         int ret;
1017
1018         ret = iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, 0);
1019         if (ret == 1)
1020                 atomic_inc(&blkiolat->enabled);
1021         if (ret == -1)
1022                 atomic_dec(&blkiolat->enabled);
1023         iolatency_clear_scaling(blkg);
1024 }
1025
1026 static void iolatency_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
1027 {
1028         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
1029         free_percpu(iolat->stats);
1030         kfree(iolat);
1031 }
1032
1033 static struct cftype iolatency_files[] = {
1034         {
1035                 .name = "latency",
1036                 .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
1037                 .seq_show = iolatency_print_limit,
1038                 .write = iolatency_set_limit,
1039         },
1040         {}
1041 };
1042
1043 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency = {
1044         .dfl_cftypes    = iolatency_files,
1045         .pd_alloc_fn    = iolatency_pd_alloc,
1046         .pd_init_fn     = iolatency_pd_init,
1047         .pd_offline_fn  = iolatency_pd_offline,
1048         .pd_free_fn     = iolatency_pd_free,
1049         .pd_stat_fn     = iolatency_pd_stat,
1050 };
1051
1052 static int __init iolatency_init(void)
1053 {
1054         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_iolatency);
1055 }
1056
1057 static void __exit iolatency_exit(void)
1058 {
1059         return blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_iolatency);
1060 }
1061
1062 module_init(iolatency_init);
1063 module_exit(iolatency_exit);