blkcg: replace blkcg_policy->pd_size with ->pd_alloc/free_fn() methods
[linux-2.6-microblaze.git] / block / blk-throttle.c
1 /*
2  * Interface for controlling IO bandwidth on a request queue
3  *
4  * Copyright (C) 2010 Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
5  */
6
7 #include <linux/module.h>
8 #include <linux/slab.h>
9 #include <linux/blkdev.h>
10 #include <linux/bio.h>
11 #include <linux/blktrace_api.h>
12 #include <linux/blk-cgroup.h>
13 #include "blk.h"
14
15 /* Max dispatch from a group in 1 round */
16 static int throtl_grp_quantum = 8;
17
18 /* Total max dispatch from all groups in one round */
19 static int throtl_quantum = 32;
20
21 /* Throttling is performed over 100ms slice and after that slice is renewed */
22 static unsigned long throtl_slice = HZ/10;      /* 100 ms */
23
24 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl;
25
26 /* A workqueue to queue throttle related work */
27 static struct workqueue_struct *kthrotld_workqueue;
28
29 /*
30  * To implement hierarchical throttling, throtl_grps form a tree and bios
31  * are dispatched upwards level by level until they reach the top and get
32  * issued.  When dispatching bios from the children and local group at each
33  * level, if the bios are dispatched into a single bio_list, there's a risk
34  * of a local or child group which can queue many bios at once filling up
35  * the list starving others.
36  *
37  * To avoid such starvation, dispatched bios are queued separately
38  * according to where they came from.  When they are again dispatched to
39  * the parent, they're popped in round-robin order so that no single source
40  * hogs the dispatch window.
41  *
42  * throtl_qnode is used to keep the queued bios separated by their sources.
43  * Bios are queued to throtl_qnode which in turn is queued to
44  * throtl_service_queue and then dispatched in round-robin order.
45  *
46  * It's also used to track the reference counts on blkg's.  A qnode always
47  * belongs to a throtl_grp and gets queued on itself or the parent, so
48  * incrementing the reference of the associated throtl_grp when a qnode is
49  * queued and decrementing when dequeued is enough to keep the whole blkg
50  * tree pinned while bios are in flight.
51  */
52 struct throtl_qnode {
53         struct list_head        node;           /* service_queue->queued[] */
54         struct bio_list         bios;           /* queued bios */
55         struct throtl_grp       *tg;            /* tg this qnode belongs to */
56 };
57
58 struct throtl_service_queue {
59         struct throtl_service_queue *parent_sq; /* the parent service_queue */
60
61         /*
62          * Bios queued directly to this service_queue or dispatched from
63          * children throtl_grp's.
64          */
65         struct list_head        queued[2];      /* throtl_qnode [READ/WRITE] */
66         unsigned int            nr_queued[2];   /* number of queued bios */
67
68         /*
69          * RB tree of active children throtl_grp's, which are sorted by
70          * their ->disptime.
71          */
72         struct rb_root          pending_tree;   /* RB tree of active tgs */
73         struct rb_node          *first_pending; /* first node in the tree */
74         unsigned int            nr_pending;     /* # queued in the tree */
75         unsigned long           first_pending_disptime; /* disptime of the first tg */
76         struct timer_list       pending_timer;  /* fires on first_pending_disptime */
77 };
78
79 enum tg_state_flags {
80         THROTL_TG_PENDING       = 1 << 0,       /* on parent's pending tree */
81         THROTL_TG_WAS_EMPTY     = 1 << 1,       /* bio_lists[] became non-empty */
82 };
83
84 #define rb_entry_tg(node)       rb_entry((node), struct throtl_grp, rb_node)
85
86 /* Per-cpu group stats */
87 struct tg_stats_cpu {
88         /* total bytes transferred */
89         struct blkg_rwstat              service_bytes;
90         /* total IOs serviced, post merge */
91         struct blkg_rwstat              serviced;
92 };
93
94 struct throtl_grp {
95         /* must be the first member */
96         struct blkg_policy_data pd;
97
98         /* active throtl group service_queue member */
99         struct rb_node rb_node;
100
101         /* throtl_data this group belongs to */
102         struct throtl_data *td;
103
104         /* this group's service queue */
105         struct throtl_service_queue service_queue;
106
107         /*
108          * qnode_on_self is used when bios are directly queued to this
109          * throtl_grp so that local bios compete fairly with bios
110          * dispatched from children.  qnode_on_parent is used when bios are
111          * dispatched from this throtl_grp into its parent and will compete
112          * with the sibling qnode_on_parents and the parent's
113          * qnode_on_self.
114          */
115         struct throtl_qnode qnode_on_self[2];
116         struct throtl_qnode qnode_on_parent[2];
117
118         /*
119          * Dispatch time in jiffies. This is the estimated time when group
120          * will unthrottle and is ready to dispatch more bio. It is used as
121          * key to sort active groups in service tree.
122          */
123         unsigned long disptime;
124
125         unsigned int flags;
126
127         /* are there any throtl rules between this group and td? */
128         bool has_rules[2];
129
130         /* bytes per second rate limits */
131         uint64_t bps[2];
132
133         /* IOPS limits */
134         unsigned int iops[2];
135
136         /* Number of bytes disptached in current slice */
137         uint64_t bytes_disp[2];
138         /* Number of bio's dispatched in current slice */
139         unsigned int io_disp[2];
140
141         /* When did we start a new slice */
142         unsigned long slice_start[2];
143         unsigned long slice_end[2];
144
145         /* Per cpu stats pointer */
146         struct tg_stats_cpu __percpu *stats_cpu;
147
148         /* List of tgs waiting for per cpu stats memory to be allocated */
149         struct list_head stats_alloc_node;
150 };
151
152 struct throtl_data
153 {
154         /* service tree for active throtl groups */
155         struct throtl_service_queue service_queue;
156
157         struct request_queue *queue;
158
159         /* Total Number of queued bios on READ and WRITE lists */
160         unsigned int nr_queued[2];
161
162         /*
163          * number of total undestroyed groups
164          */
165         unsigned int nr_undestroyed_grps;
166
167         /* Work for dispatching throttled bios */
168         struct work_struct dispatch_work;
169 };
170
171 /* list and work item to allocate percpu group stats */
172 static DEFINE_SPINLOCK(tg_stats_alloc_lock);
173 static LIST_HEAD(tg_stats_alloc_list);
174
175 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *);
176 static DECLARE_DELAYED_WORK(tg_stats_alloc_work, tg_stats_alloc_fn);
177
178 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg);
179
180 static inline struct throtl_grp *pd_to_tg(struct blkg_policy_data *pd)
181 {
182         return pd ? container_of(pd, struct throtl_grp, pd) : NULL;
183 }
184
185 static inline struct throtl_grp *blkg_to_tg(struct blkcg_gq *blkg)
186 {
187         return pd_to_tg(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_throtl));
188 }
189
190 static inline struct blkcg_gq *tg_to_blkg(struct throtl_grp *tg)
191 {
192         return pd_to_blkg(&tg->pd);
193 }
194
195 static inline struct throtl_grp *td_root_tg(struct throtl_data *td)
196 {
197         return blkg_to_tg(td->queue->root_blkg);
198 }
199
200 /**
201  * sq_to_tg - return the throl_grp the specified service queue belongs to
202  * @sq: the throtl_service_queue of interest
203  *
204  * Return the throtl_grp @sq belongs to.  If @sq is the top-level one
205  * embedded in throtl_data, %NULL is returned.
206  */
207 static struct throtl_grp *sq_to_tg(struct throtl_service_queue *sq)
208 {
209         if (sq && sq->parent_sq)
210                 return container_of(sq, struct throtl_grp, service_queue);
211         else
212                 return NULL;
213 }
214
215 /**
216  * sq_to_td - return throtl_data the specified service queue belongs to
217  * @sq: the throtl_service_queue of interest
218  *
219  * A service_queue can be embeded in either a throtl_grp or throtl_data.
220  * Determine the associated throtl_data accordingly and return it.
221  */
222 static struct throtl_data *sq_to_td(struct throtl_service_queue *sq)
223 {
224         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
225
226         if (tg)
227                 return tg->td;
228         else
229                 return container_of(sq, struct throtl_data, service_queue);
230 }
231
232 /**
233  * throtl_log - log debug message via blktrace
234  * @sq: the service_queue being reported
235  * @fmt: printf format string
236  * @args: printf args
237  *
238  * The messages are prefixed with "throtl BLKG_NAME" if @sq belongs to a
239  * throtl_grp; otherwise, just "throtl".
240  *
241  * TODO: this should be made a function and name formatting should happen
242  * after testing whether blktrace is enabled.
243  */
244 #define throtl_log(sq, fmt, args...)    do {                            \
245         struct throtl_grp *__tg = sq_to_tg((sq));                       \
246         struct throtl_data *__td = sq_to_td((sq));                      \
247                                                                         \
248         (void)__td;                                                     \
249         if ((__tg)) {                                                   \
250                 char __pbuf[128];                                       \
251                                                                         \
252                 blkg_path(tg_to_blkg(__tg), __pbuf, sizeof(__pbuf));    \
253                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl %s " fmt, __pbuf, ##args); \
254         } else {                                                        \
255                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl " fmt, ##args);  \
256         }                                                               \
257 } while (0)
258
259 static void tg_stats_init(struct tg_stats_cpu *tg_stats)
260 {
261         blkg_rwstat_init(&tg_stats->service_bytes);
262         blkg_rwstat_init(&tg_stats->serviced);
263 }
264
265 /*
266  * Worker for allocating per cpu stat for tgs. This is scheduled on the
267  * system_wq once there are some groups on the alloc_list waiting for
268  * allocation.
269  */
270 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *work)
271 {
272         static struct tg_stats_cpu *stats_cpu;  /* this fn is non-reentrant */
273         struct delayed_work *dwork = to_delayed_work(work);
274         bool empty = false;
275
276 alloc_stats:
277         if (!stats_cpu) {
278                 int cpu;
279
280                 stats_cpu = alloc_percpu(struct tg_stats_cpu);
281                 if (!stats_cpu) {
282                         /* allocation failed, try again after some time */
283                         schedule_delayed_work(dwork, msecs_to_jiffies(10));
284                         return;
285                 }
286                 for_each_possible_cpu(cpu)
287                         tg_stats_init(per_cpu_ptr(stats_cpu, cpu));
288         }
289
290         spin_lock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
291
292         if (!list_empty(&tg_stats_alloc_list)) {
293                 struct throtl_grp *tg = list_first_entry(&tg_stats_alloc_list,
294                                                          struct throtl_grp,
295                                                          stats_alloc_node);
296                 swap(tg->stats_cpu, stats_cpu);
297                 list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
298         }
299
300         empty = list_empty(&tg_stats_alloc_list);
301         spin_unlock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
302         if (!empty)
303                 goto alloc_stats;
304 }
305
306 static void throtl_qnode_init(struct throtl_qnode *qn, struct throtl_grp *tg)
307 {
308         INIT_LIST_HEAD(&qn->node);
309         bio_list_init(&qn->bios);
310         qn->tg = tg;
311 }
312
313 /**
314  * throtl_qnode_add_bio - add a bio to a throtl_qnode and activate it
315  * @bio: bio being added
316  * @qn: qnode to add bio to
317  * @queued: the service_queue->queued[] list @qn belongs to
318  *
319  * Add @bio to @qn and put @qn on @queued if it's not already on.
320  * @qn->tg's reference count is bumped when @qn is activated.  See the
321  * comment on top of throtl_qnode definition for details.
322  */
323 static void throtl_qnode_add_bio(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
324                                  struct list_head *queued)
325 {
326         bio_list_add(&qn->bios, bio);
327         if (list_empty(&qn->node)) {
328                 list_add_tail(&qn->node, queued);
329                 blkg_get(tg_to_blkg(qn->tg));
330         }
331 }
332
333 /**
334  * throtl_peek_queued - peek the first bio on a qnode list
335  * @queued: the qnode list to peek
336  */
337 static struct bio *throtl_peek_queued(struct list_head *queued)
338 {
339         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
340         struct bio *bio;
341
342         if (list_empty(queued))
343                 return NULL;
344
345         bio = bio_list_peek(&qn->bios);
346         WARN_ON_ONCE(!bio);
347         return bio;
348 }
349
350 /**
351  * throtl_pop_queued - pop the first bio form a qnode list
352  * @queued: the qnode list to pop a bio from
353  * @tg_to_put: optional out argument for throtl_grp to put
354  *
355  * Pop the first bio from the qnode list @queued.  After popping, the first
356  * qnode is removed from @queued if empty or moved to the end of @queued so
357  * that the popping order is round-robin.
358  *
359  * When the first qnode is removed, its associated throtl_grp should be put
360  * too.  If @tg_to_put is NULL, this function automatically puts it;
361  * otherwise, *@tg_to_put is set to the throtl_grp to put and the caller is
362  * responsible for putting it.
363  */
364 static struct bio *throtl_pop_queued(struct list_head *queued,
365                                      struct throtl_grp **tg_to_put)
366 {
367         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
368         struct bio *bio;
369
370         if (list_empty(queued))
371                 return NULL;
372
373         bio = bio_list_pop(&qn->bios);
374         WARN_ON_ONCE(!bio);
375
376         if (bio_list_empty(&qn->bios)) {
377                 list_del_init(&qn->node);
378                 if (tg_to_put)
379                         *tg_to_put = qn->tg;
380                 else
381                         blkg_put(tg_to_blkg(qn->tg));
382         } else {
383                 list_move_tail(&qn->node, queued);
384         }
385
386         return bio;
387 }
388
389 /* init a service_queue, assumes the caller zeroed it */
390 static void throtl_service_queue_init(struct throtl_service_queue *sq,
391                                       struct throtl_service_queue *parent_sq)
392 {
393         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[0]);
394         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[1]);
395         sq->pending_tree = RB_ROOT;
396         sq->parent_sq = parent_sq;
397         setup_timer(&sq->pending_timer, throtl_pending_timer_fn,
398                     (unsigned long)sq);
399 }
400
401 static void throtl_service_queue_exit(struct throtl_service_queue *sq)
402 {
403         del_timer_sync(&sq->pending_timer);
404 }
405
406 static struct blkg_policy_data *throtl_pd_alloc(gfp_t gfp, int node)
407 {
408         return kzalloc_node(sizeof(struct throtl_grp), gfp, node);
409 }
410
411 static void throtl_pd_init(struct blkcg_gq *blkg)
412 {
413         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
414         struct throtl_data *td = blkg->q->td;
415         struct throtl_service_queue *parent_sq;
416         unsigned long flags;
417         int rw;
418
419         /*
420          * If on the default hierarchy, we switch to properly hierarchical
421          * behavior where limits on a given throtl_grp are applied to the
422          * whole subtree rather than just the group itself.  e.g. If 16M
423          * read_bps limit is set on the root group, the whole system can't
424          * exceed 16M for the device.
425          *
426          * If not on the default hierarchy, the broken flat hierarchy
427          * behavior is retained where all throtl_grps are treated as if
428          * they're all separate root groups right below throtl_data.
429          * Limits of a group don't interact with limits of other groups
430          * regardless of the position of the group in the hierarchy.
431          */
432         parent_sq = &td->service_queue;
433
434         if (cgroup_on_dfl(blkg->blkcg->css.cgroup) && blkg->parent)
435                 parent_sq = &blkg_to_tg(blkg->parent)->service_queue;
436
437         throtl_service_queue_init(&tg->service_queue, parent_sq);
438
439         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++) {
440                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_self[rw], tg);
441                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_parent[rw], tg);
442         }
443
444         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
445         tg->td = td;
446
447         tg->bps[READ] = -1;
448         tg->bps[WRITE] = -1;
449         tg->iops[READ] = -1;
450         tg->iops[WRITE] = -1;
451
452         /*
453          * Ugh... We need to perform per-cpu allocation for tg->stats_cpu
454          * but percpu allocator can't be called from IO path.  Queue tg on
455          * tg_stats_alloc_list and allocate from work item.
456          */
457         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
458         list_add(&tg->stats_alloc_node, &tg_stats_alloc_list);
459         schedule_delayed_work(&tg_stats_alloc_work, 0);
460         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
461 }
462
463 /*
464  * Set has_rules[] if @tg or any of its parents have limits configured.
465  * This doesn't require walking up to the top of the hierarchy as the
466  * parent's has_rules[] is guaranteed to be correct.
467  */
468 static void tg_update_has_rules(struct throtl_grp *tg)
469 {
470         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(tg->service_queue.parent_sq);
471         int rw;
472
473         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
474                 tg->has_rules[rw] = (parent_tg && parent_tg->has_rules[rw]) ||
475                                     (tg->bps[rw] != -1 || tg->iops[rw] != -1);
476 }
477
478 static void throtl_pd_online(struct blkcg_gq *blkg)
479 {
480         /*
481          * We don't want new groups to escape the limits of its ancestors.
482          * Update has_rules[] after a new group is brought online.
483          */
484         tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
485 }
486
487 static void throtl_pd_exit(struct blkcg_gq *blkg)
488 {
489         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
490         unsigned long flags;
491
492         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
493         list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
494         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
495
496         free_percpu(tg->stats_cpu);
497
498         throtl_service_queue_exit(&tg->service_queue);
499 }
500
501 static void throtl_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
502 {
503         kfree(pd);
504 }
505
506 static void throtl_pd_reset_stats(struct blkcg_gq *blkg)
507 {
508         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
509         int cpu;
510
511         if (tg->stats_cpu == NULL)
512                 return;
513
514         for_each_possible_cpu(cpu) {
515                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
516
517                 blkg_rwstat_reset(&sc->service_bytes);
518                 blkg_rwstat_reset(&sc->serviced);
519         }
520 }
521
522 static struct throtl_grp *throtl_lookup_tg(struct throtl_data *td,
523                                            struct blkcg *blkcg)
524 {
525         /*
526          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
527          * in this case
528          */
529         if (blkcg == &blkcg_root)
530                 return td_root_tg(td);
531
532         return blkg_to_tg(blkg_lookup(blkcg, td->queue));
533 }
534
535 static struct throtl_grp *throtl_lookup_create_tg(struct throtl_data *td,
536                                                   struct blkcg *blkcg)
537 {
538         struct request_queue *q = td->queue;
539         struct throtl_grp *tg = NULL;
540
541         /*
542          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
543          * in this case
544          */
545         if (blkcg == &blkcg_root) {
546                 tg = td_root_tg(td);
547         } else {
548                 struct blkcg_gq *blkg;
549
550                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
551
552                 /* if %NULL and @q is alive, fall back to root_tg */
553                 if (!IS_ERR(blkg))
554                         tg = blkg_to_tg(blkg);
555                 else if (!blk_queue_dying(q))
556                         tg = td_root_tg(td);
557         }
558
559         return tg;
560 }
561
562 static struct throtl_grp *
563 throtl_rb_first(struct throtl_service_queue *parent_sq)
564 {
565         /* Service tree is empty */
566         if (!parent_sq->nr_pending)
567                 return NULL;
568
569         if (!parent_sq->first_pending)
570                 parent_sq->first_pending = rb_first(&parent_sq->pending_tree);
571
572         if (parent_sq->first_pending)
573                 return rb_entry_tg(parent_sq->first_pending);
574
575         return NULL;
576 }
577
578 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
579 {
580         rb_erase(n, root);
581         RB_CLEAR_NODE(n);
582 }
583
584 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n,
585                             struct throtl_service_queue *parent_sq)
586 {
587         if (parent_sq->first_pending == n)
588                 parent_sq->first_pending = NULL;
589         rb_erase_init(n, &parent_sq->pending_tree);
590         --parent_sq->nr_pending;
591 }
592
593 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_service_queue *parent_sq)
594 {
595         struct throtl_grp *tg;
596
597         tg = throtl_rb_first(parent_sq);
598         if (!tg)
599                 return;
600
601         parent_sq->first_pending_disptime = tg->disptime;
602 }
603
604 static void tg_service_queue_add(struct throtl_grp *tg)
605 {
606         struct throtl_service_queue *parent_sq = tg->service_queue.parent_sq;
607         struct rb_node **node = &parent_sq->pending_tree.rb_node;
608         struct rb_node *parent = NULL;
609         struct throtl_grp *__tg;
610         unsigned long key = tg->disptime;
611         int left = 1;
612
613         while (*node != NULL) {
614                 parent = *node;
615                 __tg = rb_entry_tg(parent);
616
617                 if (time_before(key, __tg->disptime))
618                         node = &parent->rb_left;
619                 else {
620                         node = &parent->rb_right;
621                         left = 0;
622                 }
623         }
624
625         if (left)
626                 parent_sq->first_pending = &tg->rb_node;
627
628         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
629         rb_insert_color(&tg->rb_node, &parent_sq->pending_tree);
630 }
631
632 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
633 {
634         tg_service_queue_add(tg);
635         tg->flags |= THROTL_TG_PENDING;
636         tg->service_queue.parent_sq->nr_pending++;
637 }
638
639 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
640 {
641         if (!(tg->flags & THROTL_TG_PENDING))
642                 __throtl_enqueue_tg(tg);
643 }
644
645 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
646 {
647         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, tg->service_queue.parent_sq);
648         tg->flags &= ~THROTL_TG_PENDING;
649 }
650
651 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
652 {
653         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING)
654                 __throtl_dequeue_tg(tg);
655 }
656
657 /* Call with queue lock held */
658 static void throtl_schedule_pending_timer(struct throtl_service_queue *sq,
659                                           unsigned long expires)
660 {
661         mod_timer(&sq->pending_timer, expires);
662         throtl_log(sq, "schedule timer. delay=%lu jiffies=%lu",
663                    expires - jiffies, jiffies);
664 }
665
666 /**
667  * throtl_schedule_next_dispatch - schedule the next dispatch cycle
668  * @sq: the service_queue to schedule dispatch for
669  * @force: force scheduling
670  *
671  * Arm @sq->pending_timer so that the next dispatch cycle starts on the
672  * dispatch time of the first pending child.  Returns %true if either timer
673  * is armed or there's no pending child left.  %false if the current
674  * dispatch window is still open and the caller should continue
675  * dispatching.
676  *
677  * If @force is %true, the dispatch timer is always scheduled and this
678  * function is guaranteed to return %true.  This is to be used when the
679  * caller can't dispatch itself and needs to invoke pending_timer
680  * unconditionally.  Note that forced scheduling is likely to induce short
681  * delay before dispatch starts even if @sq->first_pending_disptime is not
682  * in the future and thus shouldn't be used in hot paths.
683  */
684 static bool throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_service_queue *sq,
685                                           bool force)
686 {
687         /* any pending children left? */
688         if (!sq->nr_pending)
689                 return true;
690
691         update_min_dispatch_time(sq);
692
693         /* is the next dispatch time in the future? */
694         if (force || time_after(sq->first_pending_disptime, jiffies)) {
695                 throtl_schedule_pending_timer(sq, sq->first_pending_disptime);
696                 return true;
697         }
698
699         /* tell the caller to continue dispatching */
700         return false;
701 }
702
703 static inline void throtl_start_new_slice_with_credit(struct throtl_grp *tg,
704                 bool rw, unsigned long start)
705 {
706         tg->bytes_disp[rw] = 0;
707         tg->io_disp[rw] = 0;
708
709         /*
710          * Previous slice has expired. We must have trimmed it after last
711          * bio dispatch. That means since start of last slice, we never used
712          * that bandwidth. Do try to make use of that bandwidth while giving
713          * credit.
714          */
715         if (time_after_eq(start, tg->slice_start[rw]))
716                 tg->slice_start[rw] = start;
717
718         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
719         throtl_log(&tg->service_queue,
720                    "[%c] new slice with credit start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
721                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
722                    tg->slice_end[rw], jiffies);
723 }
724
725 static inline void throtl_start_new_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
726 {
727         tg->bytes_disp[rw] = 0;
728         tg->io_disp[rw] = 0;
729         tg->slice_start[rw] = jiffies;
730         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
731         throtl_log(&tg->service_queue,
732                    "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
733                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
734                    tg->slice_end[rw], jiffies);
735 }
736
737 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_grp *tg, bool rw,
738                                         unsigned long jiffy_end)
739 {
740         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
741 }
742
743 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw,
744                                        unsigned long jiffy_end)
745 {
746         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
747         throtl_log(&tg->service_queue,
748                    "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
749                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
750                    tg->slice_end[rw], jiffies);
751 }
752
753 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
754 static bool throtl_slice_used(struct throtl_grp *tg, bool rw)
755 {
756         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
757                 return false;
758
759         return 1;
760 }
761
762 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
763 static inline void throtl_trim_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
764 {
765         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
766         u64 bytes_trim, tmp;
767
768         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
769
770         /*
771          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
772          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
773          * slice will start when appropriate.
774          */
775         if (throtl_slice_used(tg, rw))
776                 return;
777
778         /*
779          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
780          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
781          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
782          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
783          * is bad because it does not allow new slice to start.
784          */
785
786         throtl_set_slice_end(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
787
788         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
789
790         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
791
792         if (!nr_slices)
793                 return;
794         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
795         do_div(tmp, HZ);
796         bytes_trim = tmp;
797
798         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
799
800         if (!bytes_trim && !io_trim)
801                 return;
802
803         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
804                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
805         else
806                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
807
808         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
809                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
810         else
811                 tg->io_disp[rw] = 0;
812
813         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
814
815         throtl_log(&tg->service_queue,
816                    "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
817                    rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
818                    tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
819 }
820
821 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
822                                   unsigned long *wait)
823 {
824         bool rw = bio_data_dir(bio);
825         unsigned int io_allowed;
826         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
827         u64 tmp;
828
829         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
830
831         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
832         if (!jiffy_elapsed)
833                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
834
835         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
836
837         /*
838          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
839          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
840          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
841          * have been trimmed.
842          */
843
844         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
845         do_div(tmp, HZ);
846
847         if (tmp > UINT_MAX)
848                 io_allowed = UINT_MAX;
849         else
850                 io_allowed = tmp;
851
852         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
853                 if (wait)
854                         *wait = 0;
855                 return true;
856         }
857
858         /* Calc approx time to dispatch */
859         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
860
861         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
862                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
863         else
864                 jiffy_wait = 1;
865
866         if (wait)
867                 *wait = jiffy_wait;
868         return 0;
869 }
870
871 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
872                                  unsigned long *wait)
873 {
874         bool rw = bio_data_dir(bio);
875         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
876         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
877
878         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
879
880         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
881         if (!jiffy_elapsed)
882                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
883
884         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
885
886         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
887         do_div(tmp, HZ);
888         bytes_allowed = tmp;
889
890         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size <= bytes_allowed) {
891                 if (wait)
892                         *wait = 0;
893                 return true;
894         }
895
896         /* Calc approx time to dispatch */
897         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size - bytes_allowed;
898         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
899
900         if (!jiffy_wait)
901                 jiffy_wait = 1;
902
903         /*
904          * This wait time is without taking into consideration the rounding
905          * up we did. Add that time also.
906          */
907         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
908         if (wait)
909                 *wait = jiffy_wait;
910         return 0;
911 }
912
913 /*
914  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
915  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
916  */
917 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
918                             unsigned long *wait)
919 {
920         bool rw = bio_data_dir(bio);
921         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
922
923         /*
924          * Currently whole state machine of group depends on first bio
925          * queued in the group bio list. So one should not be calling
926          * this function with a different bio if there are other bios
927          * queued.
928          */
929         BUG_ON(tg->service_queue.nr_queued[rw] &&
930                bio != throtl_peek_queued(&tg->service_queue.queued[rw]));
931
932         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
933         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
934                 if (wait)
935                         *wait = 0;
936                 return true;
937         }
938
939         /*
940          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
941          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
942          * long since now.
943          */
944         if (throtl_slice_used(tg, rw))
945                 throtl_start_new_slice(tg, rw);
946         else {
947                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
948                         throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
949         }
950
951         if (tg_with_in_bps_limit(tg, bio, &bps_wait) &&
952             tg_with_in_iops_limit(tg, bio, &iops_wait)) {
953                 if (wait)
954                         *wait = 0;
955                 return 1;
956         }
957
958         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
959
960         if (wait)
961                 *wait = max_wait;
962
963         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
964                 throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + max_wait);
965
966         return 0;
967 }
968
969 static void throtl_update_dispatch_stats(struct blkcg_gq *blkg, u64 bytes,
970                                          int rw)
971 {
972         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
973         struct tg_stats_cpu *stats_cpu;
974         unsigned long flags;
975
976         /* If per cpu stats are not allocated yet, don't do any accounting. */
977         if (tg->stats_cpu == NULL)
978                 return;
979
980         /*
981          * Disabling interrupts to provide mutual exclusion between two
982          * writes on same cpu. It probably is not needed for 64bit. Not
983          * optimizing that case yet.
984          */
985         local_irq_save(flags);
986
987         stats_cpu = this_cpu_ptr(tg->stats_cpu);
988
989         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->serviced, rw, 1);
990         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->service_bytes, rw, bytes);
991
992         local_irq_restore(flags);
993 }
994
995 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
996 {
997         bool rw = bio_data_dir(bio);
998
999         /* Charge the bio to the group */
1000         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_iter.bi_size;
1001         tg->io_disp[rw]++;
1002
1003         /*
1004          * REQ_THROTTLED is used to prevent the same bio to be throttled
1005          * more than once as a throttled bio will go through blk-throtl the
1006          * second time when it eventually gets issued.  Set it when a bio
1007          * is being charged to a tg.
1008          *
1009          * Dispatch stats aren't recursive and each @bio should only be
1010          * accounted by the @tg it was originally associated with.  Let's
1011          * update the stats when setting REQ_THROTTLED for the first time
1012          * which is guaranteed to be for the @bio's original tg.
1013          */
1014         if (!(bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)) {
1015                 bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
1016                 throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1017                                              bio->bi_iter.bi_size, bio->bi_rw);
1018         }
1019 }
1020
1021 /**
1022  * throtl_add_bio_tg - add a bio to the specified throtl_grp
1023  * @bio: bio to add
1024  * @qn: qnode to use
1025  * @tg: the target throtl_grp
1026  *
1027  * Add @bio to @tg's service_queue using @qn.  If @qn is not specified,
1028  * tg->qnode_on_self[] is used.
1029  */
1030 static void throtl_add_bio_tg(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
1031                               struct throtl_grp *tg)
1032 {
1033         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1034         bool rw = bio_data_dir(bio);
1035
1036         if (!qn)
1037                 qn = &tg->qnode_on_self[rw];
1038
1039         /*
1040          * If @tg doesn't currently have any bios queued in the same
1041          * direction, queueing @bio can change when @tg should be
1042          * dispatched.  Mark that @tg was empty.  This is automatically
1043          * cleaered on the next tg_update_disptime().
1044          */
1045         if (!sq->nr_queued[rw])
1046                 tg->flags |= THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1047
1048         throtl_qnode_add_bio(bio, qn, &sq->queued[rw]);
1049
1050         sq->nr_queued[rw]++;
1051         throtl_enqueue_tg(tg);
1052 }
1053
1054 static void tg_update_disptime(struct throtl_grp *tg)
1055 {
1056         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1057         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
1058         struct bio *bio;
1059
1060         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1061                 tg_may_dispatch(tg, bio, &read_wait);
1062
1063         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1064                 tg_may_dispatch(tg, bio, &write_wait);
1065
1066         min_wait = min(read_wait, write_wait);
1067         disptime = jiffies + min_wait;
1068
1069         /* Update dispatch time */
1070         throtl_dequeue_tg(tg);
1071         tg->disptime = disptime;
1072         throtl_enqueue_tg(tg);
1073
1074         /* see throtl_add_bio_tg() */
1075         tg->flags &= ~THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1076 }
1077
1078 static void start_parent_slice_with_credit(struct throtl_grp *child_tg,
1079                                         struct throtl_grp *parent_tg, bool rw)
1080 {
1081         if (throtl_slice_used(parent_tg, rw)) {
1082                 throtl_start_new_slice_with_credit(parent_tg, rw,
1083                                 child_tg->slice_start[rw]);
1084         }
1085
1086 }
1087
1088 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_grp *tg, bool rw)
1089 {
1090         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1091         struct throtl_service_queue *parent_sq = sq->parent_sq;
1092         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(parent_sq);
1093         struct throtl_grp *tg_to_put = NULL;
1094         struct bio *bio;
1095
1096         /*
1097          * @bio is being transferred from @tg to @parent_sq.  Popping a bio
1098          * from @tg may put its reference and @parent_sq might end up
1099          * getting released prematurely.  Remember the tg to put and put it
1100          * after @bio is transferred to @parent_sq.
1101          */
1102         bio = throtl_pop_queued(&sq->queued[rw], &tg_to_put);
1103         sq->nr_queued[rw]--;
1104
1105         throtl_charge_bio(tg, bio);
1106
1107         /*
1108          * If our parent is another tg, we just need to transfer @bio to
1109          * the parent using throtl_add_bio_tg().  If our parent is
1110          * @td->service_queue, @bio is ready to be issued.  Put it on its
1111          * bio_lists[] and decrease total number queued.  The caller is
1112          * responsible for issuing these bios.
1113          */
1114         if (parent_tg) {
1115                 throtl_add_bio_tg(bio, &tg->qnode_on_parent[rw], parent_tg);
1116                 start_parent_slice_with_credit(tg, parent_tg, rw);
1117         } else {
1118                 throtl_qnode_add_bio(bio, &tg->qnode_on_parent[rw],
1119                                      &parent_sq->queued[rw]);
1120                 BUG_ON(tg->td->nr_queued[rw] <= 0);
1121                 tg->td->nr_queued[rw]--;
1122         }
1123
1124         throtl_trim_slice(tg, rw);
1125
1126         if (tg_to_put)
1127                 blkg_put(tg_to_blkg(tg_to_put));
1128 }
1129
1130 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_grp *tg)
1131 {
1132         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1133         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
1134         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
1135         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
1136         struct bio *bio;
1137
1138         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
1139
1140         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])) &&
1141                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1142
1143                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1144                 nr_reads++;
1145
1146                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
1147                         break;
1148         }
1149
1150         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])) &&
1151                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1152
1153                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1154                 nr_writes++;
1155
1156                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
1157                         break;
1158         }
1159
1160         return nr_reads + nr_writes;
1161 }
1162
1163 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1164 {
1165         unsigned int nr_disp = 0;
1166
1167         while (1) {
1168                 struct throtl_grp *tg = throtl_rb_first(parent_sq);
1169                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1170
1171                 if (!tg)
1172                         break;
1173
1174                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
1175                         break;
1176
1177                 throtl_dequeue_tg(tg);
1178
1179                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(tg);
1180
1181                 if (sq->nr_queued[0] || sq->nr_queued[1])
1182                         tg_update_disptime(tg);
1183
1184                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
1185                         break;
1186         }
1187
1188         return nr_disp;
1189 }
1190
1191 /**
1192  * throtl_pending_timer_fn - timer function for service_queue->pending_timer
1193  * @arg: the throtl_service_queue being serviced
1194  *
1195  * This timer is armed when a child throtl_grp with active bio's become
1196  * pending and queued on the service_queue's pending_tree and expires when
1197  * the first child throtl_grp should be dispatched.  This function
1198  * dispatches bio's from the children throtl_grps to the parent
1199  * service_queue.
1200  *
1201  * If the parent's parent is another throtl_grp, dispatching is propagated
1202  * by either arming its pending_timer or repeating dispatch directly.  If
1203  * the top-level service_tree is reached, throtl_data->dispatch_work is
1204  * kicked so that the ready bio's are issued.
1205  */
1206 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg)
1207 {
1208         struct throtl_service_queue *sq = (void *)arg;
1209         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
1210         struct throtl_data *td = sq_to_td(sq);
1211         struct request_queue *q = td->queue;
1212         struct throtl_service_queue *parent_sq;
1213         bool dispatched;
1214         int ret;
1215
1216         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1217 again:
1218         parent_sq = sq->parent_sq;
1219         dispatched = false;
1220
1221         while (true) {
1222                 throtl_log(sq, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
1223                            sq->nr_queued[READ] + sq->nr_queued[WRITE],
1224                            sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1225
1226                 ret = throtl_select_dispatch(sq);
1227                 if (ret) {
1228                         throtl_log(sq, "bios disp=%u", ret);
1229                         dispatched = true;
1230                 }
1231
1232                 if (throtl_schedule_next_dispatch(sq, false))
1233                         break;
1234
1235                 /* this dispatch windows is still open, relax and repeat */
1236                 spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1237                 cpu_relax();
1238                 spin_lock_irq(q->queue_lock);
1239         }
1240
1241         if (!dispatched)
1242                 goto out_unlock;
1243
1244         if (parent_sq) {
1245                 /* @parent_sq is another throl_grp, propagate dispatch */
1246                 if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1247                         tg_update_disptime(tg);
1248                         if (!throtl_schedule_next_dispatch(parent_sq, false)) {
1249                                 /* window is already open, repeat dispatching */
1250                                 sq = parent_sq;
1251                                 tg = sq_to_tg(sq);
1252                                 goto again;
1253                         }
1254                 }
1255         } else {
1256                 /* reached the top-level, queue issueing */
1257                 queue_work(kthrotld_workqueue, &td->dispatch_work);
1258         }
1259 out_unlock:
1260         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1261 }
1262
1263 /**
1264  * blk_throtl_dispatch_work_fn - work function for throtl_data->dispatch_work
1265  * @work: work item being executed
1266  *
1267  * This function is queued for execution when bio's reach the bio_lists[]
1268  * of throtl_data->service_queue.  Those bio's are ready and issued by this
1269  * function.
1270  */
1271 static void blk_throtl_dispatch_work_fn(struct work_struct *work)
1272 {
1273         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
1274                                               dispatch_work);
1275         struct throtl_service_queue *td_sq = &td->service_queue;
1276         struct request_queue *q = td->queue;
1277         struct bio_list bio_list_on_stack;
1278         struct bio *bio;
1279         struct blk_plug plug;
1280         int rw;
1281
1282         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
1283
1284         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1285         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1286                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td_sq->queued[rw], NULL)))
1287                         bio_list_add(&bio_list_on_stack, bio);
1288         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1289
1290         if (!bio_list_empty(&bio_list_on_stack)) {
1291                 blk_start_plug(&plug);
1292                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
1293                         generic_make_request(bio);
1294                 blk_finish_plug(&plug);
1295         }
1296 }
1297
1298 static u64 tg_prfill_cpu_rwstat(struct seq_file *sf,
1299                                 struct blkg_policy_data *pd, int off)
1300 {
1301         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1302         struct blkg_rwstat rwstat = { }, tmp;
1303         int i, cpu;
1304
1305         if (tg->stats_cpu == NULL)
1306                 return 0;
1307
1308         for_each_possible_cpu(cpu) {
1309                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
1310
1311                 tmp = blkg_rwstat_read((void *)sc + off);
1312                 for (i = 0; i < BLKG_RWSTAT_NR; i++)
1313                         rwstat.cnt[i] += tmp.cnt[i];
1314         }
1315
1316         return __blkg_prfill_rwstat(sf, pd, &rwstat);
1317 }
1318
1319 static int tg_print_cpu_rwstat(struct seq_file *sf, void *v)
1320 {
1321         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_cpu_rwstat,
1322                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, true);
1323         return 0;
1324 }
1325
1326 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1327                               int off)
1328 {
1329         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1330         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
1331
1332         if (v == -1)
1333                 return 0;
1334         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1335 }
1336
1337 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1338                                int off)
1339 {
1340         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1341         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
1342
1343         if (v == -1)
1344                 return 0;
1345         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1346 }
1347
1348 static int tg_print_conf_u64(struct seq_file *sf, void *v)
1349 {
1350         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_u64,
1351                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1352         return 0;
1353 }
1354
1355 static int tg_print_conf_uint(struct seq_file *sf, void *v)
1356 {
1357         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_uint,
1358                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1359         return 0;
1360 }
1361
1362 static ssize_t tg_set_conf(struct kernfs_open_file *of,
1363                            char *buf, size_t nbytes, loff_t off, bool is_u64)
1364 {
1365         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
1366         struct blkg_conf_ctx ctx;
1367         struct throtl_grp *tg;
1368         struct throtl_service_queue *sq;
1369         struct blkcg_gq *blkg;
1370         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1371         int ret;
1372
1373         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1374         if (ret)
1375                 return ret;
1376
1377         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1378         sq = &tg->service_queue;
1379
1380         if (!ctx.v)
1381                 ctx.v = -1;
1382
1383         if (is_u64)
1384                 *(u64 *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = ctx.v;
1385         else
1386                 *(unsigned int *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = ctx.v;
1387
1388         throtl_log(&tg->service_queue,
1389                    "limit change rbps=%llu wbps=%llu riops=%u wiops=%u",
1390                    tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
1391                    tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
1392
1393         /*
1394          * Update has_rules[] flags for the updated tg's subtree.  A tg is
1395          * considered to have rules if either the tg itself or any of its
1396          * ancestors has rules.  This identifies groups without any
1397          * restrictions in the whole hierarchy and allows them to bypass
1398          * blk-throttle.
1399          */
1400         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css, ctx.blkg)
1401                 tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
1402
1403         /*
1404          * We're already holding queue_lock and know @tg is valid.  Let's
1405          * apply the new config directly.
1406          *
1407          * Restart the slices for both READ and WRITES. It might happen
1408          * that a group's limit are dropped suddenly and we don't want to
1409          * account recently dispatched IO with new low rate.
1410          */
1411         throtl_start_new_slice(tg, 0);
1412         throtl_start_new_slice(tg, 1);
1413
1414         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING) {
1415                 tg_update_disptime(tg);
1416                 throtl_schedule_next_dispatch(sq->parent_sq, true);
1417         }
1418
1419         blkg_conf_finish(&ctx);
1420         return nbytes;
1421 }
1422
1423 static ssize_t tg_set_conf_u64(struct kernfs_open_file *of,
1424                                char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1425 {
1426         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, true);
1427 }
1428
1429 static ssize_t tg_set_conf_uint(struct kernfs_open_file *of,
1430                                 char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1431 {
1432         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, false);
1433 }
1434
1435 static struct cftype throtl_files[] = {
1436         {
1437                 .name = "throttle.read_bps_device",
1438                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1439                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1440                 .write = tg_set_conf_u64,
1441         },
1442         {
1443                 .name = "throttle.write_bps_device",
1444                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1445                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1446                 .write = tg_set_conf_u64,
1447         },
1448         {
1449                 .name = "throttle.read_iops_device",
1450                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1451                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1452                 .write = tg_set_conf_uint,
1453         },
1454         {
1455                 .name = "throttle.write_iops_device",
1456                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1457                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1458                 .write = tg_set_conf_uint,
1459         },
1460         {
1461                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1462                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, service_bytes),
1463                 .seq_show = tg_print_cpu_rwstat,
1464         },
1465         {
1466                 .name = "throttle.io_serviced",
1467                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, serviced),
1468                 .seq_show = tg_print_cpu_rwstat,
1469         },
1470         { }     /* terminate */
1471 };
1472
1473 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1474 {
1475         struct throtl_data *td = q->td;
1476
1477         cancel_work_sync(&td->dispatch_work);
1478 }
1479
1480 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1481         .cftypes                = throtl_files,
1482
1483         .pd_alloc_fn            = throtl_pd_alloc,
1484         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1485         .pd_online_fn           = throtl_pd_online,
1486         .pd_exit_fn             = throtl_pd_exit,
1487         .pd_free_fn             = throtl_pd_free,
1488         .pd_reset_stats_fn      = throtl_pd_reset_stats,
1489 };
1490
1491 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1492 {
1493         struct throtl_data *td = q->td;
1494         struct throtl_qnode *qn = NULL;
1495         struct throtl_grp *tg;
1496         struct throtl_service_queue *sq;
1497         bool rw = bio_data_dir(bio);
1498         struct blkcg *blkcg;
1499         bool throttled = false;
1500
1501         /* see throtl_charge_bio() */
1502         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)
1503                 goto out;
1504
1505         /*
1506          * A throtl_grp pointer retrieved under rcu can be used to access
1507          * basic fields like stats and io rates. If a group has no rules,
1508          * just update the dispatch stats in lockless manner and return.
1509          */
1510         rcu_read_lock();
1511         blkcg = bio_blkcg(bio);
1512         tg = throtl_lookup_tg(td, blkcg);
1513         if (tg) {
1514                 if (!tg->has_rules[rw]) {
1515                         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1516                                         bio->bi_iter.bi_size, bio->bi_rw);
1517                         goto out_unlock_rcu;
1518                 }
1519         }
1520
1521         /*
1522          * Either group has not been allocated yet or it is not an unlimited
1523          * IO group
1524          */
1525         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1526         tg = throtl_lookup_create_tg(td, blkcg);
1527         if (unlikely(!tg))
1528                 goto out_unlock;
1529
1530         sq = &tg->service_queue;
1531
1532         while (true) {
1533                 /* throtl is FIFO - if bios are already queued, should queue */
1534                 if (sq->nr_queued[rw])
1535                         break;
1536
1537                 /* if above limits, break to queue */
1538                 if (!tg_may_dispatch(tg, bio, NULL))
1539                         break;
1540
1541                 /* within limits, let's charge and dispatch directly */
1542                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1543
1544                 /*
1545                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1546                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1547                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1548                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1549                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1550                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1551                  * time.
1552                  *
1553                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1554                  */
1555                 throtl_trim_slice(tg, rw);
1556
1557                 /*
1558                  * @bio passed through this layer without being throttled.
1559                  * Climb up the ladder.  If we''re already at the top, it
1560                  * can be executed directly.
1561                  */
1562                 qn = &tg->qnode_on_parent[rw];
1563                 sq = sq->parent_sq;
1564                 tg = sq_to_tg(sq);
1565                 if (!tg)
1566                         goto out_unlock;
1567         }
1568
1569         /* out-of-limit, queue to @tg */
1570         throtl_log(sq, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1571                    rw == READ ? 'R' : 'W',
1572                    tg->bytes_disp[rw], bio->bi_iter.bi_size, tg->bps[rw],
1573                    tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1574                    sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1575
1576         bio_associate_current(bio);
1577         tg->td->nr_queued[rw]++;
1578         throtl_add_bio_tg(bio, qn, tg);
1579         throttled = true;
1580
1581         /*
1582          * Update @tg's dispatch time and force schedule dispatch if @tg
1583          * was empty before @bio.  The forced scheduling isn't likely to
1584          * cause undue delay as @bio is likely to be dispatched directly if
1585          * its @tg's disptime is not in the future.
1586          */
1587         if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1588                 tg_update_disptime(tg);
1589                 throtl_schedule_next_dispatch(tg->service_queue.parent_sq, true);
1590         }
1591
1592 out_unlock:
1593         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1594 out_unlock_rcu:
1595         rcu_read_unlock();
1596 out:
1597         /*
1598          * As multiple blk-throtls may stack in the same issue path, we
1599          * don't want bios to leave with the flag set.  Clear the flag if
1600          * being issued.
1601          */
1602         if (!throttled)
1603                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1604         return throttled;
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Dispatch all bios from all children tg's queued on @parent_sq.  On
1609  * return, @parent_sq is guaranteed to not have any active children tg's
1610  * and all bios from previously active tg's are on @parent_sq->bio_lists[].
1611  */
1612 static void tg_drain_bios(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1613 {
1614         struct throtl_grp *tg;
1615
1616         while ((tg = throtl_rb_first(parent_sq))) {
1617                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1618                 struct bio *bio;
1619
1620                 throtl_dequeue_tg(tg);
1621
1622                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1623                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1624                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1625                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1626         }
1627 }
1628
1629 /**
1630  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1631  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1632  *
1633  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1634  */
1635 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1636         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1637 {
1638         struct throtl_data *td = q->td;
1639         struct blkcg_gq *blkg;
1640         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1641         struct bio *bio;
1642         int rw;
1643
1644         queue_lockdep_assert_held(q);
1645         rcu_read_lock();
1646
1647         /*
1648          * Drain each tg while doing post-order walk on the blkg tree, so
1649          * that all bios are propagated to td->service_queue.  It'd be
1650          * better to walk service_queue tree directly but blkg walk is
1651          * easier.
1652          */
1653         blkg_for_each_descendant_post(blkg, pos_css, td->queue->root_blkg)
1654                 tg_drain_bios(&blkg_to_tg(blkg)->service_queue);
1655
1656         /* finally, transfer bios from top-level tg's into the td */
1657         tg_drain_bios(&td->service_queue);
1658
1659         rcu_read_unlock();
1660         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1661
1662         /* all bios now should be in td->service_queue, issue them */
1663         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1664                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td->service_queue.queued[rw],
1665                                                 NULL)))
1666                         generic_make_request(bio);
1667
1668         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1669 }
1670
1671 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1672 {
1673         struct throtl_data *td;
1674         int ret;
1675
1676         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1677         if (!td)
1678                 return -ENOMEM;
1679
1680         INIT_WORK(&td->dispatch_work, blk_throtl_dispatch_work_fn);
1681         throtl_service_queue_init(&td->service_queue, NULL);
1682
1683         q->td = td;
1684         td->queue = q;
1685
1686         /* activate policy */
1687         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1688         if (ret)
1689                 kfree(td);
1690         return ret;
1691 }
1692
1693 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1694 {
1695         BUG_ON(!q->td);
1696         throtl_shutdown_wq(q);
1697         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1698         kfree(q->td);
1699 }
1700
1701 static int __init throtl_init(void)
1702 {
1703         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1704         if (!kthrotld_workqueue)
1705                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1706
1707         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1708 }
1709
1710 module_init(throtl_init);