net/rds/cong.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2007 Oracle.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This software is available to you under a choice of one of two
   5  * licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
   6  * General Public License (GPL) Version 2, available from the file
   7  * COPYING in the main directory of this source tree, or the
   8  * OpenIB.org BSD license below:
   9  *
  10  *     Redistribution and use in source and binary forms, with or
  11  *     without modification, are permitted provided that the following
  12  *     conditions are met:
  13  *
  14  *      - Redistributions of source code must retain the above
  15  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  16  *        disclaimer.
  17  *
  18  *      - Redistributions in binary form must reproduce the above
  19  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  20  *        disclaimer in the documentation and/or other materials
  21  *        provided with the distribution.
  22  *
  23  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  24  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
  25  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  26  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
  27  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
  28  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
  29  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  30  * SOFTWARE.
  31  *
  32  */
  33 #include <linux/slab.h>
  34 #include <linux/types.h>
  35 #include <linux/rbtree.h>
  36 #include <linux/bitops.h>
  37 #include <linux/export.h>
  38
  39 #include "rds.h"
  40
  41 /*
  42  * This file implements the receive side of the unconventional congestion
  43  * management in RDS.
  44  *
  45  * Messages waiting in the receive queue on the receiving socket are accounted
  46  * against the sockets SO_RCVBUF option value.  Only the payload bytes in the
  47  * message are accounted for.  If the number of bytes queued equals or exceeds
  48  * rcvbuf then the socket is congested.  All sends attempted to this socket's
  49  * address should return block or return -EWOULDBLOCK.
  50  *
  51  * Applications are expected to be reasonably tuned such that this situation
  52  * very rarely occurs.  An application encountering this "back-pressure" is
  53  * considered a bug.
  54  *
  55  * This is implemented by having each node maintain bitmaps which indicate
  56  * which ports on bound addresses are congested.  As the bitmap changes it is
  57  * sent through all the connections which terminate in the local address of the
  58  * bitmap which changed.
  59  *
  60  * The bitmaps are allocated as connections are brought up.  This avoids
  61  * allocation in the interrupt handling path which queues messages on sockets.
  62  * The dense bitmaps let transports send the entire bitmap on any bitmap change
  63  * reasonably efficiently.  This is much easier to implement than some
  64  * finer-grained communication of per-port congestion.  The sender does a very
  65  * inexpensive bit test to test if the port it's about to send to is congested
  66  * or not.
  67  */
  68
  69 /*
  70  * Interaction with poll is a tad tricky. We want all processes stuck in
  71  * poll to wake up and check whether a congested destination became uncongested.
  72  * The really sad thing is we have no idea which destinations the application
  73  * wants to send to - we don't even know which rds_connections are involved.
  74  * So until we implement a more flexible rds poll interface, we have to make
  75  * do with this:
  76  * We maintain a global counter that is incremented each time a congestion map
  77  * update is received. Each rds socket tracks this value, and if rds_poll
  78  * finds that the saved generation number is smaller than the global generation
  79  * number, it wakes up the process.
  80  */
  81 static atomic_t         rds_cong_generation = ATOMIC_INIT(0);
  82
  83 /*
  84  * Congestion monitoring
  85  */
  86 static LIST_HEAD(rds_cong_monitor);
  87 static DEFINE_RWLOCK(rds_cong_monitor_lock);
  88
  89 /*
  90  * Yes, a global lock.  It's used so infrequently that it's worth keeping it
  91  * global to simplify the locking.  It's only used in the following
  92  * circumstances:
  93  *
  94  *  - on connection buildup to associate a conn with its maps
  95  *  - on map changes to inform conns of a new map to send
  96  *
  97  *  It's sadly ordered under the socket callback lock and the connection lock.
  98  *  Receive paths can mark ports congested from interrupt context so the
  99  *  lock masks interrupts.
 100  */
 101 static DEFINE_SPINLOCK(rds_cong_lock);
 102 static struct rb_root rds_cong_tree = RB_ROOT;
 103
 104 static struct rds_cong_map *rds_cong_tree_walk(__be32 addr,
 105                                                struct rds_cong_map *insert)
 106 {
 107         struct rb_node **p = &rds_cong_tree.rb_node;
 108         struct rb_node *parent = NULL;
 109         struct rds_cong_map *map;
 110
 111         while (*p) {
 112                 parent = *p;
 113                 map = rb_entry(parent, struct rds_cong_map, m_rb_node);
 114
 115                 if (addr < map->m_addr)
 116                         p = &(*p)->rb_left;
 117                 else if (addr > map->m_addr)
 118                         p = &(*p)->rb_right;
 119                 else
 120                         return map;
 121         }
 122
 123         if (insert) {
 124                 rb_link_node(&insert->m_rb_node, parent, p);
 125                 rb_insert_color(&insert->m_rb_node, &rds_cong_tree);
 126         }
 127         return NULL;
 128 }
 129
 130 /*
 131  * There is only ever one bitmap for any address.  Connections try and allocate
 132  * these bitmaps in the process getting pointers to them.  The bitmaps are only
 133  * ever freed as the module is removed after all connections have been freed.
 134  */
 135 static struct rds_cong_map *rds_cong_from_addr(__be32 addr)
 136 {
 137         struct rds_cong_map *map;
 138         struct rds_cong_map *ret = NULL;
 139         unsigned long zp;
 140         unsigned long i;
 141         unsigned long flags;
 142
 143         map = kzalloc(sizeof(struct rds_cong_map), GFP_KERNEL);
 144         if (!map)
 145                 return NULL;
 146
 147         map->m_addr = addr;
 148         init_waitqueue_head(&map->m_waitq);
 149         INIT_LIST_HEAD(&map->m_conn_list);
 150
 151         for (i = 0; i < RDS_CONG_MAP_PAGES; i++) {
 152                 zp = get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
 153                 if (zp == 0)
 154                         goto out;
 155                 map->m_page_addrs[i] = zp;
 156         }
 157
 158         spin_lock_irqsave(&rds_cong_lock, flags);
 159         ret = rds_cong_tree_walk(addr, map);
 160         spin_unlock_irqrestore(&rds_cong_lock, flags);
 161
 162         if (!ret) {
 163                 ret = map;
 164                 map = NULL;
 165         }
 166
 167 out:
 168         if (map) {
 169                 for (i = 0; i < RDS_CONG_MAP_PAGES && map->m_page_addrs[i]; i++)
 170                         free_page(map->m_page_addrs[i]);
 171                 kfree(map);
 172         }
 173
 174         rdsdebug("map %p for addr %x\n", ret, be32_to_cpu(addr));
 175
 176         return ret;
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Put the conn on its local map's list.  This is called when the conn is
 181  * really added to the hash.  It's nested under the rds_conn_lock, sadly.
 182  */
 183 void rds_cong_add_conn(struct rds_connection *conn)
 184 {
 185         unsigned long flags;
 186
 187         rdsdebug("conn %p now on map %p\n", conn, conn->c_lcong);
 188         spin_lock_irqsave(&rds_cong_lock, flags);
 189         list_add_tail(&conn->c_map_item, &conn->c_lcong->m_conn_list);
 190         spin_unlock_irqrestore(&rds_cong_lock, flags);
 191 }
 192
 193 void rds_cong_remove_conn(struct rds_connection *conn)
 194 {
 195         unsigned long flags;
 196
 197         rdsdebug("removing conn %p from map %p\n", conn, conn->c_lcong);
 198         spin_lock_irqsave(&rds_cong_lock, flags);
 199         list_del_init(&conn->c_map_item);
 200         spin_unlock_irqrestore(&rds_cong_lock, flags);
 201 }
 202
 203 int rds_cong_get_maps(struct rds_connection *conn)
 204 {
 205         conn->c_lcong = rds_cong_from_addr(conn->c_laddr);
 206         conn->c_fcong = rds_cong_from_addr(conn->c_faddr);
 207
 208         if (!(conn->c_lcong && conn->c_fcong))
 209                 return -ENOMEM;
 210
 211         return 0;
 212 }
 213
 214 void rds_cong_queue_updates(struct rds_cong_map *map)
 215 {
 216         struct rds_connection *conn;
 217         unsigned long flags;
 218
 219         spin_lock_irqsave(&rds_cong_lock, flags);
 220
 221         list_for_each_entry(conn, &map->m_conn_list, c_map_item) {
 222                 if (!test_and_set_bit(0, &conn->c_map_queued)) {
 223                         rds_stats_inc(s_cong_update_queued);
 224                         /* We cannot inline the call to rds_send_xmit() here
 225                          * for two reasons (both pertaining to a TCP transport):
 226                          * 1. When we get here from the receive path, we
 227                          *    are already holding the sock_lock (held by
 228                          *    tcp_v4_rcv()). So inlining calls to
 229                          *    tcp_setsockopt and/or tcp_sendmsg will deadlock
 230                          *    when it tries to get the sock_lock())
 231                          * 2. Interrupts are masked so that we can mark the
 232                          *    the port congested from both send and recv paths.
 233                          *    (See comment around declaration of rdc_cong_lock).
 234                          *    An attempt to get the sock_lock() here will
 235                          *    therefore trigger warnings.
 236                          * Defer the xmit to rds_send_worker() instead.
 237                          */
 238                         queue_delayed_work(rds_wq,
 239                                            &conn->c_path[0].cp_send_w, 0);
 240                 }
 241         }
 242
 243         spin_unlock_irqrestore(&rds_cong_lock, flags);
 244 }
 245
 246 void rds_cong_map_updated(struct rds_cong_map *map, uint64_t portmask)
 247 {
 248         rdsdebug("waking map %p for %pI4\n",
 249           map, &map->m_addr);
 250         rds_stats_inc(s_cong_update_received);
 251         atomic_inc(&rds_cong_generation);
 252         if (waitqueue_active(&map->m_waitq))
 253                 wake_up(&map->m_waitq);
 254         if (waitqueue_active(&rds_poll_waitq))
 255                 wake_up_all(&rds_poll_waitq);
 256
 257         if (portmask && !list_empty(&rds_cong_monitor)) {
 258                 unsigned long flags;
 259                 struct rds_sock *rs;
 260
 261                 read_lock_irqsave(&rds_cong_monitor_lock, flags);
 262                 list_for_each_entry(rs, &rds_cong_monitor, rs_cong_list) {
 263                         spin_lock(&rs->rs_lock);
 264                         rs->rs_cong_notify |= (rs->rs_cong_mask & portmask);
 265                         rs->rs_cong_mask &= ~portmask;
 266                         spin_unlock(&rs->rs_lock);
 267                         if (rs->rs_cong_notify)
 268                                 rds_wake_sk_sleep(rs);
 269                 }
 270                 read_unlock_irqrestore(&rds_cong_monitor_lock, flags);
 271         }
 272 }
 273 EXPORT_SYMBOL_GPL(rds_cong_map_updated);
 274
 275 int rds_cong_updated_since(unsigned long *recent)
 276 {
 277         unsigned long gen = atomic_read(&rds_cong_generation);
 278
 279         if (likely(*recent == gen))
 280                 return 0;
 281         *recent = gen;
 282         return 1;
 283 }
 284
 285 /*
 286  * We're called under the locking that protects the sockets receive buffer
 287  * consumption.  This makes it a lot easier for the caller to only call us
 288  * when it knows that an existing set bit needs to be cleared, and vice versa.
 289  * We can't block and we need to deal with concurrent sockets working against
 290  * the same per-address map.
 291  */
 292 void rds_cong_set_bit(struct rds_cong_map *map, __be16 port)
 293 {
 294         unsigned long i;
 295         unsigned long off;
 296
 297         rdsdebug("setting congestion for %pI4:%u in map %p\n",
 298           &map->m_addr, ntohs(port), map);
 299
 300         i = be16_to_cpu(port) / RDS_CONG_MAP_PAGE_BITS;
 301         off = be16_to_cpu(port) % RDS_CONG_MAP_PAGE_BITS;
 302
 303         set_bit_le(off, (void *)map->m_page_addrs[i]);
 304 }
 305
 306 void rds_cong_clear_bit(struct rds_cong_map *map, __be16 port)
 307 {
 308         unsigned long i;
 309         unsigned long off;
 310
 311         rdsdebug("clearing congestion for %pI4:%u in map %p\n",
 312           &map->m_addr, ntohs(port), map);
 313
 314         i = be16_to_cpu(port) / RDS_CONG_MAP_PAGE_BITS;
 315         off = be16_to_cpu(port) % RDS_CONG_MAP_PAGE_BITS;
 316
 317         clear_bit_le(off, (void *)map->m_page_addrs[i]);
 318 }
 319
 320 static int rds_cong_test_bit(struct rds_cong_map *map, __be16 port)
 321 {
 322         unsigned long i;
 323         unsigned long off;
 324
 325         i = be16_to_cpu(port) / RDS_CONG_MAP_PAGE_BITS;
 326         off = be16_to_cpu(port) % RDS_CONG_MAP_PAGE_BITS;
 327
 328         return test_bit_le(off, (void *)map->m_page_addrs[i]);
 329 }
 330
 331 void rds_cong_add_socket(struct rds_sock *rs)
 332 {
 333         unsigned long flags;
 334
 335         write_lock_irqsave(&rds_cong_monitor_lock, flags);
 336         if (list_empty(&rs->rs_cong_list))
 337                 list_add(&rs->rs_cong_list, &rds_cong_monitor);
 338         write_unlock_irqrestore(&rds_cong_monitor_lock, flags);
 339 }
 340
 341 void rds_cong_remove_socket(struct rds_sock *rs)
 342 {
 343         unsigned long flags;
 344         struct rds_cong_map *map;
 345
 346         write_lock_irqsave(&rds_cong_monitor_lock, flags);
 347         list_del_init(&rs->rs_cong_list);
 348         write_unlock_irqrestore(&rds_cong_monitor_lock, flags);
 349
 350         /* update congestion map for now-closed port */
 351         spin_lock_irqsave(&rds_cong_lock, flags);
 352         map = rds_cong_tree_walk(rs->rs_bound_addr, NULL);
 353         spin_unlock_irqrestore(&rds_cong_lock, flags);
 354
 355         if (map && rds_cong_test_bit(map, rs->rs_bound_port)) {
 356                 rds_cong_clear_bit(map, rs->rs_bound_port);
 357                 rds_cong_queue_updates(map);
 358         }
 359 }
 360
 361 int rds_cong_wait(struct rds_cong_map *map, __be16 port, int nonblock,
 362                   struct rds_sock *rs)
 363 {
 364         if (!rds_cong_test_bit(map, port))
 365                 return 0;
 366         if (nonblock) {
 367                 if (rs && rs->rs_cong_monitor) {
 368                         unsigned long flags;
 369
 370                         /* It would have been nice to have an atomic set_bit on
 371                          * a uint64_t. */
 372                         spin_lock_irqsave(&rs->rs_lock, flags);
 373                         rs->rs_cong_mask |= RDS_CONG_MONITOR_MASK(ntohs(port));
 374                         spin_unlock_irqrestore(&rs->rs_lock, flags);
 375
 376                         /* Test again - a congestion update may have arrived in
 377                          * the meantime. */
 378                         if (!rds_cong_test_bit(map, port))
 379                                 return 0;
 380                 }
 381                 rds_stats_inc(s_cong_send_error);
 382                 return -ENOBUFS;
 383         }
 384
 385         rds_stats_inc(s_cong_send_blocked);
 386         rdsdebug("waiting on map %p for port %u\n", map, be16_to_cpu(port));
 387
 388         return wait_event_interruptible(map->m_waitq,
 389                                         !rds_cong_test_bit(map, port));
 390 }
 391
 392 void rds_cong_exit(void)
 393 {
 394         struct rb_node *node;
 395         struct rds_cong_map *map;
 396         unsigned long i;
 397
 398         while ((node = rb_first(&rds_cong_tree))) {
 399                 map = rb_entry(node, struct rds_cong_map, m_rb_node);
 400                 rdsdebug("freeing map %p\n", map);
 401                 rb_erase(&map->m_rb_node, &rds_cong_tree);
 402                 for (i = 0; i < RDS_CONG_MAP_PAGES && map->m_page_addrs[i]; i++)
 403                         free_page(map->m_page_addrs[i]);
 404                 kfree(map);
 405         }
 406 }
 407
 408 /*
 409  * Allocate a RDS message containing a congestion update.
 410  */
 411 struct rds_message *rds_cong_update_alloc(struct rds_connection *conn)
 412 {
 413         struct rds_cong_map *map = conn->c_lcong;
 414         struct rds_message *rm;
 415
 416         rm = rds_message_map_pages(map->m_page_addrs, RDS_CONG_MAP_BYTES);
 417         if (!IS_ERR(rm))
 418                 rm->m_inc.i_hdr.h_flags = RDS_FLAG_CONG_BITMAP;
 419
 420         return rm;
 421 }