io_uring: use hash table for poll command lookups
authorJens Axboe <axboe@kernel.dk>
Thu, 5 Dec 2019 02:56:40 +0000 (19:56 -0700)
committerJens Axboe <axboe@kernel.dk>
Thu, 5 Dec 2019 03:12:58 +0000 (20:12 -0700)
We recently changed this from a single list to an rbtree, but for some
real life workloads, the rbtree slows down the submission/insertion
case enough so that it's the top cycle consumer on the io_uring side.
In testing, using a hash table is a more well rounded compromise. It
is fast for insertion, and as long as it's sized appropriately, it
works well for the cancellation case as well. Running TAO with a lot
of network sockets, this removes io_poll_req_insert() from spending
2% of the CPU cycles.

Reported-by: Dan Melnic <dmm@fb.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
fs/io_uring.c

index 2efe1ac7352aa82358ef1d52971ac768e6e7a54d..8fa6b190a2386cbe9351effe20f60aafaadb20c2 100644 (file)
@@ -275,7 +275,8 @@ struct io_ring_ctx {
                 * manipulate the list, hence no extra locking is needed there.
                 */
                struct list_head        poll_list;
-               struct rb_root          cancel_tree;
+               struct hlist_head       *cancel_hash;
+               unsigned                cancel_hash_bits;
 
                spinlock_t              inflight_lock;
                struct list_head        inflight_list;
@@ -355,7 +356,7 @@ struct io_kiocb {
        struct io_ring_ctx      *ctx;
        union {
                struct list_head        list;
-               struct rb_node          rb_node;
+               struct hlist_node       hash_node;
        };
        struct list_head        link_list;
        unsigned int            flags;
@@ -444,6 +445,7 @@ static void io_ring_ctx_ref_free(struct percpu_ref *ref)
 static struct io_ring_ctx *io_ring_ctx_alloc(struct io_uring_params *p)
 {
        struct io_ring_ctx *ctx;
+       int hash_bits;
 
        ctx = kzalloc(sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
        if (!ctx)
@@ -457,6 +459,21 @@ static struct io_ring_ctx *io_ring_ctx_alloc(struct io_uring_params *p)
        if (!ctx->completions)
                goto err;
 
+       /*
+        * Use 5 bits less than the max cq entries, that should give us around
+        * 32 entries per hash list if totally full and uniformly spread.
+        */
+       hash_bits = ilog2(p->cq_entries);
+       hash_bits -= 5;
+       if (hash_bits <= 0)
+               hash_bits = 1;
+       ctx->cancel_hash_bits = hash_bits;
+       ctx->cancel_hash = kmalloc((1U << hash_bits) * sizeof(struct hlist_head),
+                                       GFP_KERNEL);
+       if (!ctx->cancel_hash)
+               goto err;
+       __hash_init(ctx->cancel_hash, 1U << hash_bits);
+
        if (percpu_ref_init(&ctx->refs, io_ring_ctx_ref_free,
                            PERCPU_REF_ALLOW_REINIT, GFP_KERNEL))
                goto err;
@@ -470,7 +487,6 @@ static struct io_ring_ctx *io_ring_ctx_alloc(struct io_uring_params *p)
        init_waitqueue_head(&ctx->wait);
        spin_lock_init(&ctx->completion_lock);
        INIT_LIST_HEAD(&ctx->poll_list);
-       ctx->cancel_tree = RB_ROOT;
        INIT_LIST_HEAD(&ctx->defer_list);
        INIT_LIST_HEAD(&ctx->timeout_list);
        init_waitqueue_head(&ctx->inflight_wait);
@@ -481,6 +497,7 @@ err:
        if (ctx->fallback_req)
                kmem_cache_free(req_cachep, ctx->fallback_req);
        kfree(ctx->completions);
+       kfree(ctx->cancel_hash);
        kfree(ctx);
        return NULL;
 }
@@ -2260,14 +2277,6 @@ out:
 #endif
 }
 
-static inline void io_poll_remove_req(struct io_kiocb *req)
-{
-       if (!RB_EMPTY_NODE(&req->rb_node)) {
-               rb_erase(&req->rb_node, &req->ctx->cancel_tree);
-               RB_CLEAR_NODE(&req->rb_node);
-       }
-}
-
 static void io_poll_remove_one(struct io_kiocb *req)
 {
        struct io_poll_iocb *poll = &req->poll;
@@ -2279,36 +2288,34 @@ static void io_poll_remove_one(struct io_kiocb *req)
                io_queue_async_work(req);
        }
        spin_unlock(&poll->head->lock);
-       io_poll_remove_req(req);
+       hash_del(&req->hash_node);
 }
 
 static void io_poll_remove_all(struct io_ring_ctx *ctx)
 {
-       struct rb_node *node;
+       struct hlist_node *tmp;
        struct io_kiocb *req;
+       int i;
 
        spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
-       while ((node = rb_first(&ctx->cancel_tree)) != NULL) {
-               req = rb_entry(node, struct io_kiocb, rb_node);
-               io_poll_remove_one(req);
+       for (i = 0; i < (1U << ctx->cancel_hash_bits); i++) {
+               struct hlist_head *list;
+
+               list = &ctx->cancel_hash[i];
+               hlist_for_each_entry_safe(req, tmp, list, hash_node)
+                       io_poll_remove_one(req);
        }
        spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
 }
 
 static int io_poll_cancel(struct io_ring_ctx *ctx, __u64 sqe_addr)
 {
-       struct rb_node *p, *parent = NULL;
+       struct hlist_head *list;
        struct io_kiocb *req;
 
-       p = ctx->cancel_tree.rb_node;
-       while (p) {
-               parent = p;
-               req = rb_entry(parent, struct io_kiocb, rb_node);
-               if (sqe_addr < req->user_data) {
-                       p = p->rb_left;
-               } else if (sqe_addr > req->user_data) {
-                       p = p->rb_right;
-               } else {
+       list = &ctx->cancel_hash[hash_long(sqe_addr, ctx->cancel_hash_bits)];
+       hlist_for_each_entry(req, list, hash_node) {
+               if (sqe_addr == req->user_data) {
                        io_poll_remove_one(req);
                        return 0;
                }
@@ -2390,7 +2397,7 @@ static void io_poll_complete_work(struct io_wq_work **workptr)
                spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
                return;
        }
-       io_poll_remove_req(req);
+       hash_del(&req->hash_node);
        io_poll_complete(req, mask, ret);
        spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
 
@@ -2425,7 +2432,7 @@ static int io_poll_wake(struct wait_queue_entry *wait, unsigned mode, int sync,
         * for finalizing the request, mark us as having grabbed that already.
         */
        if (mask && spin_trylock_irqsave(&ctx->completion_lock, flags)) {
-               io_poll_remove_req(req);
+               hash_del(&req->hash_node);
                io_poll_complete(req, mask, 0);
                req->flags |= REQ_F_COMP_LOCKED;
                io_put_req(req);
@@ -2463,20 +2470,10 @@ static void io_poll_queue_proc(struct file *file, struct wait_queue_head *head,
 static void io_poll_req_insert(struct io_kiocb *req)
 {
        struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
-       struct rb_node **p = &ctx->cancel_tree.rb_node;
-       struct rb_node *parent = NULL;
-       struct io_kiocb *tmp;
-
-       while (*p) {
-               parent = *p;
-               tmp = rb_entry(parent, struct io_kiocb, rb_node);
-               if (req->user_data < tmp->user_data)
-                       p = &(*p)->rb_left;
-               else
-                       p = &(*p)->rb_right;
-       }
-       rb_link_node(&req->rb_node, parent, p);
-       rb_insert_color(&req->rb_node, &ctx->cancel_tree);
+       struct hlist_head *list;
+
+       list = &ctx->cancel_hash[hash_long(req->user_data, ctx->cancel_hash_bits)];
+       hlist_add_head(&req->hash_node, list);
 }
 
 static int io_poll_add(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
@@ -2504,7 +2501,7 @@ static int io_poll_add(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
        INIT_IO_WORK(&req->work, io_poll_complete_work);
        events = READ_ONCE(sqe->poll_events);
        poll->events = demangle_poll(events) | EPOLLERR | EPOLLHUP;
-       RB_CLEAR_NODE(&req->rb_node);
+       INIT_HLIST_NODE(&req->hash_node);
 
        poll->head = NULL;
        poll->done = false;
@@ -4644,6 +4641,7 @@ static void io_ring_ctx_free(struct io_ring_ctx *ctx)
        free_uid(ctx->user);
        put_cred(ctx->creds);
        kfree(ctx->completions);
+       kfree(ctx->cancel_hash);
        kmem_cache_free(req_cachep, ctx->fallback_req);
        kfree(ctx);
 }