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 "blk-rq-qos.h"
  76 #include "blk-stat.h"
  77
  78 #define DEFAULT_SCALE_COOKIE 1000000U
  79
  80 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency;
  81 struct iolatency_grp;
  82
  83 struct blk_iolatency {
  84         struct rq_qos rqos;
  85         struct timer_list timer;
  86         atomic_t enabled;
  87 };
  88
  89 static inline struct blk_iolatency *BLKIOLATENCY(struct rq_qos *rqos)
  90 {
  91         return container_of(rqos, struct blk_iolatency, rqos);
  92 }
  93
  94 static inline bool blk_iolatency_enabled(struct blk_iolatency *blkiolat)
  95 {
  96         return atomic_read(&blkiolat->enabled) > 0;
  97 }
  98
  99 struct child_latency_info {
 100         spinlock_t lock;
 101
 102         /* Last time we adjusted the scale of everybody. */
 103         u64 last_scale_event;
 104
 105         /* The latency that we missed. */
 106         u64 scale_lat;
 107
 108         /* Total io's from all of our children for the last summation. */
 109         u64 nr_samples;
 110
 111         /* The guy who actually changed the latency numbers. */
 112         struct iolatency_grp *scale_grp;
 113
 114         /* Cookie to tell if we need to scale up or down. */
 115         atomic_t scale_cookie;
 116 };
 117
 118 struct iolatency_grp {
 119         struct blkg_policy_data pd;
 120         struct blk_rq_stat __percpu *stats;
 121         struct blk_iolatency *blkiolat;
 122         struct rq_depth rq_depth;
 123         struct rq_wait rq_wait;
 124         atomic64_t window_start;
 125         atomic_t scale_cookie;
 126         u64 min_lat_nsec;
 127         u64 cur_win_nsec;
 128
 129         /* total running average of our io latency. */
 130         u64 lat_avg;
 131
 132         /* Our current number of IO's for the last summation. */
 133         u64 nr_samples;
 134
 135         struct child_latency_info child_lat;
 136 };
 137
 138 #define BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE (100 * NSEC_PER_MSEC)
 139 #define BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE NSEC_PER_SEC
 140 /*
 141  * These are the constants used to fake the fixed-point moving average
 142  * calculation just like load average.  The call to CALC_LOAD folds
 143  * (FIXED_1 (2048) - exp_factor) * new_sample into lat_avg.  The sampling
 144  * window size is bucketed to try to approximately calculate average
 145  * latency such that 1/exp (decay rate) is [1 min, 2.5 min) when windows
 146  * elapse immediately.  Note, windows only elapse with IO activity.  Idle
 147  * periods extend the most recent window.
 148  */
 149 #define BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS 5
 150 #define BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE (BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE / \
 151                                       (BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1))
 152 static const u64 iolatency_exp_factors[BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS] = {
 153         2045, // exp(1/600) - 600 samples
 154         2039, // exp(1/240) - 240 samples
 155         2031, // exp(1/120) - 120 samples
 156         2023, // exp(1/80)  - 80 samples
 157         2014, // exp(1/60)  - 60 samples
 158 };
 159
 160 static inline struct iolatency_grp *pd_to_lat(struct blkg_policy_data *pd)
 161 {
 162         return pd ? container_of(pd, struct iolatency_grp, pd) : NULL;
 163 }
 164
 165 static inline struct iolatency_grp *blkg_to_lat(struct blkcg_gq *blkg)
 166 {
 167         return pd_to_lat(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_iolatency));
 168 }
 169
 170 static inline struct blkcg_gq *lat_to_blkg(struct iolatency_grp *iolat)
 171 {
 172         return pd_to_blkg(&iolat->pd);
 173 }
 174
 175 static inline bool iolatency_may_queue(struct iolatency_grp *iolat,
 176                                        wait_queue_entry_t *wait,
 177                                        bool first_block)
 178 {
 179         struct rq_wait *rqw = &iolat->rq_wait;
 180
 181         if (first_block && waitqueue_active(&rqw->wait) &&
 182             rqw->wait.head.next != &wait->entry)
 183                 return false;
 184         return rq_wait_inc_below(rqw, iolat->rq_depth.max_depth);
 185 }
 186
 187 static void __blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos,
 188                                        struct iolatency_grp *iolat,
 189                                        spinlock_t *lock, bool issue_as_root,
 190                                        bool use_memdelay)
 191         __releases(lock)
 192         __acquires(lock)
 193 {
 194         struct rq_wait *rqw = &iolat->rq_wait;
 195         unsigned use_delay = atomic_read(&lat_to_blkg(iolat)->use_delay);
 196         DEFINE_WAIT(wait);
 197         bool first_block = true;
 198
 199         if (use_delay)
 200                 blkcg_schedule_throttle(rqos->q, use_memdelay);
 201
 202         /*
 203          * To avoid priority inversions we want to just take a slot if we are
 204          * issuing as root.  If we're being killed off there's no point in
 205          * delaying things, we may have been killed by OOM so throttling may
 206          * make recovery take even longer, so just let the IO's through so the
 207          * task can go away.
 208          */
 209         if (issue_as_root || fatal_signal_pending(current)) {
 210                 atomic_inc(&rqw->inflight);
 211                 return;
 212         }
 213
 214         if (iolatency_may_queue(iolat, &wait, first_block))
 215                 return;
 216
 217         do {
 218                 prepare_to_wait_exclusive(&rqw->wait, &wait,
 219                                           TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 220
 221                 if (iolatency_may_queue(iolat, &wait, first_block))
 222                         break;
 223                 first_block = false;
 224
 225                 if (lock) {
 226                         spin_unlock_irq(lock);
 227                         io_schedule();
 228                         spin_lock_irq(lock);
 229                 } else {
 230                         io_schedule();
 231                 }
 232         } while (1);
 233
 234         finish_wait(&rqw->wait, &wait);
 235 }
 236
 237 #define SCALE_DOWN_FACTOR 2
 238 #define SCALE_UP_FACTOR 4
 239
 240 static inline unsigned long scale_amount(unsigned long qd, bool up)
 241 {
 242         return max(up ? qd >> SCALE_UP_FACTOR : qd >> SCALE_DOWN_FACTOR, 1UL);
 243 }
 244
 245 /*
 246  * We scale the qd down faster than we scale up, so we need to use this helper
 247  * to adjust the scale_cookie accordingly so we don't prematurely get
 248  * scale_cookie at DEFAULT_SCALE_COOKIE and unthrottle too much.
 249  *
 250  * Each group has their own local copy of the last scale cookie they saw, so if
 251  * the global scale cookie goes up or down they know which way they need to go
 252  * based on their last knowledge of it.
 253  */
 254 static void scale_cookie_change(struct blk_iolatency *blkiolat,
 255                                 struct child_latency_info *lat_info,
 256                                 bool up)
 257 {
 258         unsigned long qd = blk_queue_depth(blkiolat->rqos.q);
 259         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 260         unsigned long old = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 261         unsigned long max_scale = qd << 1;
 262         unsigned long diff = 0;
 263
 264         if (old < DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 265                 diff = DEFAULT_SCALE_COOKIE - old;
 266
 267         if (up) {
 268                 if (scale + old > DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 269                         atomic_set(&lat_info->scale_cookie,
 270                                    DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 271                 else if (diff > qd)
 272                         atomic_inc(&lat_info->scale_cookie);
 273                 else
 274                         atomic_add(scale, &lat_info->scale_cookie);
 275         } else {
 276                 /*
 277                  * We don't want to dig a hole so deep that it takes us hours to
 278                  * dig out of it.  Just enough that we don't throttle/unthrottle
 279                  * with jagged workloads but can still unthrottle once pressure
 280                  * has sufficiently dissipated.
 281                  */
 282                 if (diff > qd) {
 283                         if (diff < max_scale)
 284                                 atomic_dec(&lat_info->scale_cookie);
 285                 } else {
 286                         atomic_sub(scale, &lat_info->scale_cookie);
 287                 }
 288         }
 289 }
 290
 291 /*
 292  * Change the queue depth of the iolatency_grp.  We add/subtract 1/16th of the
 293  * queue depth at a time so we don't get wild swings and hopefully dial in to
 294  * fairer distribution of the overall queue depth.
 295  */
 296 static void scale_change(struct iolatency_grp *iolat, bool up)
 297 {
 298         unsigned long qd = blk_queue_depth(iolat->blkiolat->rqos.q);
 299         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 300         unsigned long old = iolat->rq_depth.max_depth;
 301         bool changed = false;
 302
 303         if (old > qd)
 304                 old = qd;
 305
 306         if (up) {
 307                 if (old == 1 && blkcg_unuse_delay(lat_to_blkg(iolat)))
 308                         return;
 309
 310                 if (old < qd) {
 311                         changed = true;
 312                         old += scale;
 313                         old = min(old, qd);
 314                         iolat->rq_depth.max_depth = old;
 315                         wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 316                 }
 317         } else if (old > 1) {
 318                 old >>= 1;
 319                 changed = true;
 320                 iolat->rq_depth.max_depth = max(old, 1UL);
 321         }
 322 }
 323
 324 /* Check our parent and see if the scale cookie has changed. */
 325 static void check_scale_change(struct iolatency_grp *iolat)
 326 {
 327         struct iolatency_grp *parent;
 328         struct child_latency_info *lat_info;
 329         unsigned int cur_cookie;
 330         unsigned int our_cookie = atomic_read(&iolat->scale_cookie);
 331         u64 scale_lat;
 332         unsigned int old;
 333         int direction = 0;
 334
 335         if (lat_to_blkg(iolat)->parent == NULL)
 336                 return;
 337
 338         parent = blkg_to_lat(lat_to_blkg(iolat)->parent);
 339         if (!parent)
 340                 return;
 341
 342         lat_info = &parent->child_lat;
 343         cur_cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 344         scale_lat = READ_ONCE(lat_info->scale_lat);
 345
 346         if (cur_cookie < our_cookie)
 347                 direction = -1;
 348         else if (cur_cookie > our_cookie)
 349                 direction = 1;
 350         else
 351                 return;
 352
 353         old = atomic_cmpxchg(&iolat->scale_cookie, our_cookie, cur_cookie);
 354
 355         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 356         if (old != our_cookie)
 357                 return;
 358
 359         if (direction < 0 && iolat->min_lat_nsec) {
 360                 u64 samples_thresh;
 361
 362                 if (!scale_lat || iolat->min_lat_nsec <= scale_lat)
 363                         return;
 364
 365                 /*
 366                  * Sometimes high priority groups are their own worst enemy, so
 367                  * instead of taking it out on some poor other group that did 5%
 368                  * or less of the IO's for the last summation just skip this
 369                  * scale down event.
 370                  */
 371                 samples_thresh = lat_info->nr_samples * 5;
 372                 samples_thresh = div64_u64(samples_thresh, 100);
 373                 if (iolat->nr_samples <= samples_thresh)
 374                         return;
 375         }
 376
 377         /* We're as low as we can go. */
 378         if (iolat->rq_depth.max_depth == 1 && direction < 0) {
 379                 blkcg_use_delay(lat_to_blkg(iolat));
 380                 return;
 381         }
 382
 383         /* We're back to the default cookie, unthrottle all the things. */
 384         if (cur_cookie == DEFAULT_SCALE_COOKIE) {
 385                 blkcg_clear_delay(lat_to_blkg(iolat));
 386                 iolat->rq_depth.max_depth = UINT_MAX;
 387                 wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 388                 return;
 389         }
 390
 391         scale_change(iolat, direction > 0);
 392 }
 393
 394 static void blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio,
 395                                      spinlock_t *lock)
 396 {
 397         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 398         struct blkcg *blkcg;
 399         struct blkcg_gq *blkg;
 400         struct request_queue *q = rqos->q;
 401         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 402
 403         if (!blk_iolatency_enabled(blkiolat))
 404                 return;
 405
 406         rcu_read_lock();
 407         blkcg = bio_blkcg(bio);
 408         bio_associate_blkcg(bio, &blkcg->css);
 409         blkg = blkg_lookup(blkcg, q);
 410         if (unlikely(!blkg)) {
 411                 if (!lock)
 412                         spin_lock_irq(q->queue_lock);
 413                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
 414                 if (IS_ERR(blkg))
 415                         blkg = NULL;
 416                 if (!lock)
 417                         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
 418         }
 419         if (!blkg)
 420                 goto out;
 421
 422         bio_issue_init(&bio->bi_issue, bio_sectors(bio));
 423         bio_associate_blkg(bio, blkg);
 424 out:
 425         rcu_read_unlock();
 426         while (blkg && blkg->parent) {
 427                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 428                 if (!iolat) {
 429                         blkg = blkg->parent;
 430                         continue;
 431                 }
 432
 433                 check_scale_change(iolat);
 434                 __blkcg_iolatency_throttle(rqos, iolat, lock, issue_as_root,
 435                                      (bio->bi_opf & REQ_SWAP) == REQ_SWAP);
 436                 blkg = blkg->parent;
 437         }
 438         if (!timer_pending(&blkiolat->timer))
 439                 mod_timer(&blkiolat->timer, jiffies + HZ);
 440 }
 441
 442 static void iolatency_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 443                                   struct bio_issue *issue, u64 now,
 444                                   bool issue_as_root)
 445 {
 446         struct blk_rq_stat *rq_stat;
 447         u64 start = bio_issue_time(issue);
 448         u64 req_time;
 449
 450         /*
 451          * Have to do this so we are truncated to the correct time that our
 452          * issue is truncated to.
 453          */
 454         now = __bio_issue_time(now);
 455
 456         if (now <= start)
 457                 return;
 458
 459         req_time = now - start;
 460
 461         /*
 462          * We don't want to count issue_as_root bio's in the cgroups latency
 463          * statistics as it could skew the numbers downwards.
 464          */
 465         if (unlikely(issue_as_root && iolat->rq_depth.max_depth != UINT_MAX)) {
 466                 u64 sub = iolat->min_lat_nsec;
 467                 if (req_time < sub)
 468                         blkcg_add_delay(lat_to_blkg(iolat), now, sub - req_time);
 469                 return;
 470         }
 471
 472         rq_stat = get_cpu_ptr(iolat->stats);
 473         blk_rq_stat_add(rq_stat, req_time);
 474         put_cpu_ptr(rq_stat);
 475 }
 476
 477 #define BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME (500 * NSEC_PER_MSEC)
 478 #define BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES 5
 479
 480 static void iolatency_check_latencies(struct iolatency_grp *iolat, u64 now)
 481 {
 482         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 483         struct iolatency_grp *parent;
 484         struct child_latency_info *lat_info;
 485         struct blk_rq_stat stat;
 486         unsigned long flags;
 487         int cpu, exp_idx;
 488
 489         blk_rq_stat_init(&stat);
 490         preempt_disable();
 491         for_each_online_cpu(cpu) {
 492                 struct blk_rq_stat *s;
 493                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 494                 blk_rq_stat_sum(&stat, s);
 495                 blk_rq_stat_init(s);
 496         }
 497         preempt_enable();
 498
 499         parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
 500         if (!parent)
 501                 return;
 502
 503         lat_info = &parent->child_lat;
 504
 505         /*
 506          * CALC_LOAD takes in a number stored in fixed point representation.
 507          * Because we are using this for IO time in ns, the values stored
 508          * are significantly larger than the FIXED_1 denominator (2048).
 509          * Therefore, rounding errors in the calculation are negligible and
 510          * can be ignored.
 511          */
 512         exp_idx = min_t(int, BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1,
 513                         div64_u64(iolat->cur_win_nsec,
 514                                   BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE));
 515         CALC_LOAD(iolat->lat_avg, iolatency_exp_factors[exp_idx], stat.mean);
 516
 517         /* Everything is ok and we don't need to adjust the scale. */
 518         if (stat.mean <= iolat->min_lat_nsec &&
 519             atomic_read(&lat_info->scale_cookie) == DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 520                 return;
 521
 522         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 523         spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 524         lat_info->nr_samples -= iolat->nr_samples;
 525         lat_info->nr_samples += stat.nr_samples;
 526         iolat->nr_samples = stat.nr_samples;
 527
 528         if ((lat_info->last_scale_event >= now ||
 529             now - lat_info->last_scale_event < BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME) &&
 530             lat_info->scale_lat <= iolat->min_lat_nsec)
 531                 goto out;
 532
 533         if (stat.mean <= iolat->min_lat_nsec &&
 534             stat.nr_samples >= BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES) {
 535                 if (lat_info->scale_grp == iolat) {
 536                         lat_info->last_scale_event = now;
 537                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 538                 }
 539         } else if (stat.mean > iolat->min_lat_nsec) {
 540                 lat_info->last_scale_event = now;
 541                 if (!lat_info->scale_grp ||
 542                     lat_info->scale_lat > iolat->min_lat_nsec) {
 543                         WRITE_ONCE(lat_info->scale_lat, iolat->min_lat_nsec);
 544                         lat_info->scale_grp = iolat;
 545                 }
 546                 scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, false);
 547         }
 548 out:
 549         spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 550 }
 551
 552 static void blkcg_iolatency_done_bio(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 553 {
 554         struct blkcg_gq *blkg;
 555         struct rq_wait *rqw;
 556         struct iolatency_grp *iolat;
 557         u64 window_start;
 558         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 559         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 560         bool enabled = false;
 561
 562         blkg = bio->bi_blkg;
 563         if (!blkg)
 564                 return;
 565
 566         iolat = blkg_to_lat(bio->bi_blkg);
 567         if (!iolat)
 568                 return;
 569
 570         enabled = blk_iolatency_enabled(iolat->blkiolat);
 571         while (blkg && blkg->parent) {
 572                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 573                 if (!iolat) {
 574                         blkg = blkg->parent;
 575                         continue;
 576                 }
 577                 rqw = &iolat->rq_wait;
 578
 579                 atomic_dec(&rqw->inflight);
 580                 if (!enabled || iolat->min_lat_nsec == 0)
 581                         goto next;
 582                 iolatency_record_time(iolat, &bio->bi_issue, now,
 583                                       issue_as_root);
 584                 window_start = atomic64_read(&iolat->window_start);
 585                 if (now > window_start &&
 586                     (now - window_start) >= iolat->cur_win_nsec) {
 587                         if (atomic64_cmpxchg(&iolat->window_start,
 588                                         window_start, now) == window_start)
 589                                 iolatency_check_latencies(iolat, now);
 590                 }
 591 next:
 592                 wake_up(&rqw->wait);
 593                 blkg = blkg->parent;
 594         }
 595 }
 596
 597 static void blkcg_iolatency_cleanup(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 598 {
 599         struct blkcg_gq *blkg;
 600
 601         blkg = bio->bi_blkg;
 602         while (blkg && blkg->parent) {
 603                 struct rq_wait *rqw;
 604                 struct iolatency_grp *iolat;
 605
 606                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 607                 if (!iolat)
 608                         goto next;
 609
 610                 rqw = &iolat->rq_wait;
 611                 atomic_dec(&rqw->inflight);
 612                 wake_up(&rqw->wait);
 613 next:
 614                 blkg = blkg->parent;
 615         }
 616 }
 617
 618 static void blkcg_iolatency_exit(struct rq_qos *rqos)
 619 {
 620         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 621
 622         del_timer_sync(&blkiolat->timer);
 623         blkcg_deactivate_policy(rqos->q, &blkcg_policy_iolatency);
 624         kfree(blkiolat);
 625 }
 626
 627 static struct rq_qos_ops blkcg_iolatency_ops = {
 628         .throttle = blkcg_iolatency_throttle,
 629         .cleanup = blkcg_iolatency_cleanup,
 630         .done_bio = blkcg_iolatency_done_bio,
 631         .exit = blkcg_iolatency_exit,
 632 };
 633
 634 static void blkiolatency_timer_fn(struct timer_list *t)
 635 {
 636         struct blk_iolatency *blkiolat = from_timer(blkiolat, t, timer);
 637         struct blkcg_gq *blkg;
 638         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
 639         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 640
 641         rcu_read_lock();
 642         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css,
 643                                      blkiolat->rqos.q->root_blkg) {
 644                 struct iolatency_grp *iolat;
 645                 struct child_latency_info *lat_info;
 646                 unsigned long flags;
 647                 u64 cookie;
 648
 649                 /*
 650                  * We could be exiting, don't access the pd unless we have a
 651                  * ref on the blkg.
 652                  */
 653                 if (!blkg_try_get(blkg))
 654                         continue;
 655
 656                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 657                 if (!iolat)
 658                         goto next;
 659
 660                 lat_info = &iolat->child_lat;
 661                 cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 662
 663                 if (cookie >= DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 664                         goto next;
 665
 666                 spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 667                 if (lat_info->last_scale_event >= now)
 668                         goto next_lock;
 669
 670                 /*
 671                  * We scaled down but don't have a scale_grp, scale up and carry
 672                  * on.
 673                  */
 674                 if (lat_info->scale_grp == NULL) {
 675                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 676                         goto next_lock;
 677                 }
 678
 679                 /*
 680                  * It's been 5 seconds since our last scale event, clear the
 681                  * scale grp in case the group that needed the scale down isn't
 682                  * doing any IO currently.
 683                  */
 684                 if (now - lat_info->last_scale_event >=
 685                     ((u64)NSEC_PER_SEC * 5))
 686                         lat_info->scale_grp = NULL;
 687 next_lock:
 688                 spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 689 next:
 690                 blkg_put(blkg);
 691         }
 692         rcu_read_unlock();
 693 }
 694
 695 int blk_iolatency_init(struct request_queue *q)
 696 {
 697         struct blk_iolatency *blkiolat;
 698         struct rq_qos *rqos;
 699         int ret;
 700
 701         blkiolat = kzalloc(sizeof(*blkiolat), GFP_KERNEL);
 702         if (!blkiolat)
 703                 return -ENOMEM;
 704
 705         rqos = &blkiolat->rqos;
 706         rqos->id = RQ_QOS_CGROUP;
 707         rqos->ops = &blkcg_iolatency_ops;
 708         rqos->q = q;
 709
 710         rq_qos_add(q, rqos);
 711
 712         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_iolatency);
 713         if (ret) {
 714                 rq_qos_del(q, rqos);
 715                 kfree(blkiolat);
 716                 return ret;
 717         }
 718
 719         timer_setup(&blkiolat->timer, blkiolatency_timer_fn, 0);
 720
 721         return 0;
 722 }
 723
 724 static void iolatency_set_min_lat_nsec(struct blkcg_gq *blkg, u64 val)
 725 {
 726         struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 727         struct blk_iolatency *blkiolat = iolat->blkiolat;
 728         u64 oldval = iolat->min_lat_nsec;
 729
 730         iolat->min_lat_nsec = val;
 731         iolat->cur_win_nsec = max_t(u64, val << 4, BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE);
 732         iolat->cur_win_nsec = min_t(u64, iolat->cur_win_nsec,
 733                                     BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE);
 734
 735         if (!oldval && val)
 736                 atomic_inc(&blkiolat->enabled);
 737         if (oldval && !val)
 738                 atomic_dec(&blkiolat->enabled);
 739 }
 740
 741 static void iolatency_clear_scaling(struct blkcg_gq *blkg)
 742 {
 743         if (blkg->parent) {
 744                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg->parent);
 745                 struct child_latency_info *lat_info;
 746                 if (!iolat)
 747                         return;
 748
 749                 lat_info = &iolat->child_lat;
 750                 spin_lock(&lat_info->lock);
 751                 atomic_set(&lat_info->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 752                 lat_info->last_scale_event = 0;
 753                 lat_info->scale_grp = NULL;
 754                 lat_info->scale_lat = 0;
 755                 spin_unlock(&lat_info->lock);
 756         }
 757 }
 758
 759 static ssize_t iolatency_set_limit(struct kernfs_open_file *of, char *buf,
 760                              size_t nbytes, loff_t off)
 761 {
 762         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
 763         struct blkcg_gq *blkg;
 764         struct blk_iolatency *blkiolat;
 765         struct blkg_conf_ctx ctx;
 766         struct iolatency_grp *iolat;
 767         char *p, *tok;
 768         u64 lat_val = 0;
 769         u64 oldval;
 770         int ret;
 771
 772         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_iolatency, buf, &ctx);
 773         if (ret)
 774                 return ret;
 775
 776         iolat = blkg_to_lat(ctx.blkg);
 777         blkiolat = iolat->blkiolat;
 778         p = ctx.body;
 779
 780         ret = -EINVAL;
 781         while ((tok = strsep(&p, " "))) {
 782                 char key[16];
 783                 char val[21];   /* 18446744073709551616 */
 784
 785                 if (sscanf(tok, "%15[^=]=%20s", key, val) != 2)
 786                         goto out;
 787
 788                 if (!strcmp(key, "target")) {
 789                         u64 v;
 790
 791                         if (!strcmp(val, "max"))
 792                                 lat_val = 0;
 793                         else if (sscanf(val, "%llu", &v) == 1)
 794                                 lat_val = v * NSEC_PER_USEC;
 795                         else
 796                                 goto out;
 797                 } else {
 798                         goto out;
 799                 }
 800         }
 801
 802         /* Walk up the tree to see if our new val is lower than it should be. */
 803         blkg = ctx.blkg;
 804         oldval = iolat->min_lat_nsec;
 805
 806         iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, lat_val);
 807         if (oldval != iolat->min_lat_nsec) {
 808                 iolatency_clear_scaling(blkg);
 809         }
 810
 811         ret = 0;
 812 out:
 813         blkg_conf_finish(&ctx);
 814         return ret ?: nbytes;
 815 }
 816
 817 static u64 iolatency_prfill_limit(struct seq_file *sf,
 818                                   struct blkg_policy_data *pd, int off)
 819 {
 820         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 821         const char *dname = blkg_dev_name(pd->blkg);
 822
 823         if (!dname || !iolat->min_lat_nsec)
 824                 return 0;
 825         seq_printf(sf, "%s target=%llu\n",
 826                    dname, div_u64(iolat->min_lat_nsec, NSEC_PER_USEC));
 827         return 0;
 828 }
 829
 830 static int iolatency_print_limit(struct seq_file *sf, void *v)
 831 {
 832         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)),
 833                           iolatency_prfill_limit,
 834                           &blkcg_policy_iolatency, seq_cft(sf)->private, false);
 835         return 0;
 836 }
 837
 838 static size_t iolatency_pd_stat(struct blkg_policy_data *pd, char *buf,
 839                                 size_t size)
 840 {
 841         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 842         unsigned long long avg_lat = div64_u64(iolat->lat_avg, NSEC_PER_USEC);
 843         unsigned long long cur_win = div64_u64(iolat->cur_win_nsec, NSEC_PER_MSEC);
 844
 845         if (iolat->rq_depth.max_depth == UINT_MAX)
 846                 return scnprintf(buf, size, " depth=max avg_lat=%llu win=%llu",
 847                                  avg_lat, cur_win);
 848
 849         return scnprintf(buf, size, " depth=%u avg_lat=%llu win=%llu",
 850                          iolat->rq_depth.max_depth, avg_lat, cur_win);
 851 }
 852
 853
 854 static struct blkg_policy_data *iolatency_pd_alloc(gfp_t gfp, int node)
 855 {
 856         struct iolatency_grp *iolat;
 857
 858         iolat = kzalloc_node(sizeof(*iolat), gfp, node);
 859         if (!iolat)
 860                 return NULL;
 861         iolat->stats = __alloc_percpu_gfp(sizeof(struct blk_rq_stat),
 862                                        __alignof__(struct blk_rq_stat), gfp);
 863         if (!iolat->stats) {
 864                 kfree(iolat);
 865                 return NULL;
 866         }
 867         return &iolat->pd;
 868 }
 869
 870 static void iolatency_pd_init(struct blkg_policy_data *pd)
 871 {
 872         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 873         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 874         struct rq_qos *rqos = blkcg_rq_qos(blkg->q);
 875         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 876         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 877         int cpu;
 878
 879         for_each_possible_cpu(cpu) {
 880                 struct blk_rq_stat *stat;
 881                 stat = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 882                 blk_rq_stat_init(stat);
 883         }
 884
 885         rq_wait_init(&iolat->rq_wait);
 886         spin_lock_init(&iolat->child_lat.lock);
 887         iolat->rq_depth.queue_depth = blk_queue_depth(blkg->q);
 888         iolat->rq_depth.max_depth = UINT_MAX;
 889         iolat->rq_depth.default_depth = iolat->rq_depth.queue_depth;
 890         iolat->blkiolat = blkiolat;
 891         iolat->cur_win_nsec = 100 * NSEC_PER_MSEC;
 892         atomic64_set(&iolat->window_start, now);
 893
 894         /*
 895          * We init things in list order, so the pd for the parent may not be
 896          * init'ed yet for whatever reason.
 897          */
 898         if (blkg->parent && blkg_to_pd(blkg->parent, &blkcg_policy_iolatency)) {
 899                 struct iolatency_grp *parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
 900                 atomic_set(&iolat->scale_cookie,
 901                            atomic_read(&parent->child_lat.scale_cookie));
 902         } else {
 903                 atomic_set(&iolat->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 904         }
 905
 906         atomic_set(&iolat->child_lat.scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 907 }
 908
 909 static void iolatency_pd_offline(struct blkg_policy_data *pd)
 910 {
 911         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 912         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 913
 914         iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, 0);
 915         iolatency_clear_scaling(blkg);
 916 }
 917
 918 static void iolatency_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
 919 {
 920         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 921         free_percpu(iolat->stats);
 922         kfree(iolat);
 923 }
 924
 925 static struct cftype iolatency_files[] = {
 926         {
 927                 .name = "latency",
 928                 .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
 929                 .seq_show = iolatency_print_limit,
 930                 .write = iolatency_set_limit,
 931         },
 932         {}
 933 };
 934
 935 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency = {
 936         .dfl_cftypes    = iolatency_files,
 937         .pd_alloc_fn    = iolatency_pd_alloc,
 938         .pd_init_fn     = iolatency_pd_init,
 939         .pd_offline_fn  = iolatency_pd_offline,
 940         .pd_free_fn     = iolatency_pd_free,
 941         .pd_stat_fn     = iolatency_pd_stat,
 942 };
 943
 944 static int __init iolatency_init(void)
 945 {
 946         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_iolatency);
 947 }
 948
 949 static void __exit iolatency_exit(void)
 950 {
 951         return blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_iolatency);
 952 }
 953
 954 module_init(iolatency_init);
 955 module_exit(iolatency_exit);