clocksource/drivers/timer-versatile: Clear OF_POPULATED flag
[linux-2.6-microblaze.git] / kernel / sched / psi.c
1 /*
2  * Pressure stall information for CPU, memory and IO
3  *
4  * Copyright (c) 2018 Facebook, Inc.
5  * Author: Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org>
6  *
7  * Polling support by Suren Baghdasaryan <surenb@google.com>
8  * Copyright (c) 2018 Google, Inc.
9  *
10  * When CPU, memory and IO are contended, tasks experience delays that
11  * reduce throughput and introduce latencies into the workload. Memory
12  * and IO contention, in addition, can cause a full loss of forward
13  * progress in which the CPU goes idle.
14  *
15  * This code aggregates individual task delays into resource pressure
16  * metrics that indicate problems with both workload health and
17  * resource utilization.
18  *
19  *                      Model
20  *
21  * The time in which a task can execute on a CPU is our baseline for
22  * productivity. Pressure expresses the amount of time in which this
23  * potential cannot be realized due to resource contention.
24  *
25  * This concept of productivity has two components: the workload and
26  * the CPU. To measure the impact of pressure on both, we define two
27  * contention states for a resource: SOME and FULL.
28  *
29  * In the SOME state of a given resource, one or more tasks are
30  * delayed on that resource. This affects the workload's ability to
31  * perform work, but the CPU may still be executing other tasks.
32  *
33  * In the FULL state of a given resource, all non-idle tasks are
34  * delayed on that resource such that nobody is advancing and the CPU
35  * goes idle. This leaves both workload and CPU unproductive.
36  *
37  * (Naturally, the FULL state doesn't exist for the CPU resource.)
38  *
39  *      SOME = nr_delayed_tasks != 0
40  *      FULL = nr_delayed_tasks != 0 && nr_running_tasks == 0
41  *
42  * The percentage of wallclock time spent in those compound stall
43  * states gives pressure numbers between 0 and 100 for each resource,
44  * where the SOME percentage indicates workload slowdowns and the FULL
45  * percentage indicates reduced CPU utilization:
46  *
47  *      %SOME = time(SOME) / period
48  *      %FULL = time(FULL) / period
49  *
50  *                      Multiple CPUs
51  *
52  * The more tasks and available CPUs there are, the more work can be
53  * performed concurrently. This means that the potential that can go
54  * unrealized due to resource contention *also* scales with non-idle
55  * tasks and CPUs.
56  *
57  * Consider a scenario where 257 number crunching tasks are trying to
58  * run concurrently on 256 CPUs. If we simply aggregated the task
59  * states, we would have to conclude a CPU SOME pressure number of
60  * 100%, since *somebody* is waiting on a runqueue at all
61  * times. However, that is clearly not the amount of contention the
62  * workload is experiencing: only one out of 256 possible exceution
63  * threads will be contended at any given time, or about 0.4%.
64  *
65  * Conversely, consider a scenario of 4 tasks and 4 CPUs where at any
66  * given time *one* of the tasks is delayed due to a lack of memory.
67  * Again, looking purely at the task state would yield a memory FULL
68  * pressure number of 0%, since *somebody* is always making forward
69  * progress. But again this wouldn't capture the amount of execution
70  * potential lost, which is 1 out of 4 CPUs, or 25%.
71  *
72  * To calculate wasted potential (pressure) with multiple processors,
73  * we have to base our calculation on the number of non-idle tasks in
74  * conjunction with the number of available CPUs, which is the number
75  * of potential execution threads. SOME becomes then the proportion of
76  * delayed tasks to possibe threads, and FULL is the share of possible
77  * threads that are unproductive due to delays:
78  *
79  *      threads = min(nr_nonidle_tasks, nr_cpus)
80  *         SOME = min(nr_delayed_tasks / threads, 1)
81  *         FULL = (threads - min(nr_running_tasks, threads)) / threads
82  *
83  * For the 257 number crunchers on 256 CPUs, this yields:
84  *
85  *      threads = min(257, 256)
86  *         SOME = min(1 / 256, 1)             = 0.4%
87  *         FULL = (256 - min(257, 256)) / 256 = 0%
88  *
89  * For the 1 out of 4 memory-delayed tasks, this yields:
90  *
91  *      threads = min(4, 4)
92  *         SOME = min(1 / 4, 1)               = 25%
93  *         FULL = (4 - min(3, 4)) / 4         = 25%
94  *
95  * [ Substitute nr_cpus with 1, and you can see that it's a natural
96  *   extension of the single-CPU model. ]
97  *
98  *                      Implementation
99  *
100  * To assess the precise time spent in each such state, we would have
101  * to freeze the system on task changes and start/stop the state
102  * clocks accordingly. Obviously that doesn't scale in practice.
103  *
104  * Because the scheduler aims to distribute the compute load evenly
105  * among the available CPUs, we can track task state locally to each
106  * CPU and, at much lower frequency, extrapolate the global state for
107  * the cumulative stall times and the running averages.
108  *
109  * For each runqueue, we track:
110  *
111  *         tSOME[cpu] = time(nr_delayed_tasks[cpu] != 0)
112  *         tFULL[cpu] = time(nr_delayed_tasks[cpu] && !nr_running_tasks[cpu])
113  *      tNONIDLE[cpu] = time(nr_nonidle_tasks[cpu] != 0)
114  *
115  * and then periodically aggregate:
116  *
117  *      tNONIDLE = sum(tNONIDLE[i])
118  *
119  *         tSOME = sum(tSOME[i] * tNONIDLE[i]) / tNONIDLE
120  *         tFULL = sum(tFULL[i] * tNONIDLE[i]) / tNONIDLE
121  *
122  *         %SOME = tSOME / period
123  *         %FULL = tFULL / period
124  *
125  * This gives us an approximation of pressure that is practical
126  * cost-wise, yet way more sensitive and accurate than periodic
127  * sampling of the aggregate task states would be.
128  */
129
130 #include "../workqueue_internal.h"
131 #include <linux/sched/loadavg.h>
132 #include <linux/seq_file.h>
133 #include <linux/proc_fs.h>
134 #include <linux/seqlock.h>
135 #include <linux/uaccess.h>
136 #include <linux/cgroup.h>
137 #include <linux/module.h>
138 #include <linux/sched.h>
139 #include <linux/ctype.h>
140 #include <linux/file.h>
141 #include <linux/poll.h>
142 #include <linux/psi.h>
143 #include "sched.h"
144
145 static int psi_bug __read_mostly;
146
147 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(psi_disabled);
148
149 #ifdef CONFIG_PSI_DEFAULT_DISABLED
150 static bool psi_enable;
151 #else
152 static bool psi_enable = true;
153 #endif
154 static int __init setup_psi(char *str)
155 {
156         return kstrtobool(str, &psi_enable) == 0;
157 }
158 __setup("psi=", setup_psi);
159
160 /* Running averages - we need to be higher-res than loadavg */
161 #define PSI_FREQ        (2*HZ+1)        /* 2 sec intervals */
162 #define EXP_10s         1677            /* 1/exp(2s/10s) as fixed-point */
163 #define EXP_60s         1981            /* 1/exp(2s/60s) */
164 #define EXP_300s        2034            /* 1/exp(2s/300s) */
165
166 /* PSI trigger definitions */
167 #define WINDOW_MIN_US 500000    /* Min window size is 500ms */
168 #define WINDOW_MAX_US 10000000  /* Max window size is 10s */
169 #define UPDATES_PER_WINDOW 10   /* 10 updates per window */
170
171 /* Sampling frequency in nanoseconds */
172 static u64 psi_period __read_mostly;
173
174 /* System-level pressure and stall tracking */
175 static DEFINE_PER_CPU(struct psi_group_cpu, system_group_pcpu);
176 struct psi_group psi_system = {
177         .pcpu = &system_group_pcpu,
178 };
179
180 static void psi_avgs_work(struct work_struct *work);
181
182 static void group_init(struct psi_group *group)
183 {
184         int cpu;
185
186         for_each_possible_cpu(cpu)
187                 seqcount_init(&per_cpu_ptr(group->pcpu, cpu)->seq);
188         group->avg_last_update = sched_clock();
189         group->avg_next_update = group->avg_last_update + psi_period;
190         INIT_DELAYED_WORK(&group->avgs_work, psi_avgs_work);
191         mutex_init(&group->avgs_lock);
192         /* Init trigger-related members */
193         atomic_set(&group->poll_scheduled, 0);
194         mutex_init(&group->trigger_lock);
195         INIT_LIST_HEAD(&group->triggers);
196         memset(group->nr_triggers, 0, sizeof(group->nr_triggers));
197         group->poll_states = 0;
198         group->poll_min_period = U32_MAX;
199         memset(group->polling_total, 0, sizeof(group->polling_total));
200         group->polling_next_update = ULLONG_MAX;
201         group->polling_until = 0;
202         rcu_assign_pointer(group->poll_kworker, NULL);
203 }
204
205 void __init psi_init(void)
206 {
207         if (!psi_enable) {
208                 static_branch_enable(&psi_disabled);
209                 return;
210         }
211
212         psi_period = jiffies_to_nsecs(PSI_FREQ);
213         group_init(&psi_system);
214 }
215
216 static bool test_state(unsigned int *tasks, enum psi_states state)
217 {
218         switch (state) {
219         case PSI_IO_SOME:
220                 return tasks[NR_IOWAIT];
221         case PSI_IO_FULL:
222                 return tasks[NR_IOWAIT] && !tasks[NR_RUNNING];
223         case PSI_MEM_SOME:
224                 return tasks[NR_MEMSTALL];
225         case PSI_MEM_FULL:
226                 return tasks[NR_MEMSTALL] && !tasks[NR_RUNNING];
227         case PSI_CPU_SOME:
228                 return tasks[NR_RUNNING] > tasks[NR_ONCPU];
229         case PSI_NONIDLE:
230                 return tasks[NR_IOWAIT] || tasks[NR_MEMSTALL] ||
231                         tasks[NR_RUNNING];
232         default:
233                 return false;
234         }
235 }
236
237 static void get_recent_times(struct psi_group *group, int cpu,
238                              enum psi_aggregators aggregator, u32 *times,
239                              u32 *pchanged_states)
240 {
241         struct psi_group_cpu *groupc = per_cpu_ptr(group->pcpu, cpu);
242         u64 now, state_start;
243         enum psi_states s;
244         unsigned int seq;
245         u32 state_mask;
246
247         *pchanged_states = 0;
248
249         /* Snapshot a coherent view of the CPU state */
250         do {
251                 seq = read_seqcount_begin(&groupc->seq);
252                 now = cpu_clock(cpu);
253                 memcpy(times, groupc->times, sizeof(groupc->times));
254                 state_mask = groupc->state_mask;
255                 state_start = groupc->state_start;
256         } while (read_seqcount_retry(&groupc->seq, seq));
257
258         /* Calculate state time deltas against the previous snapshot */
259         for (s = 0; s < NR_PSI_STATES; s++) {
260                 u32 delta;
261                 /*
262                  * In addition to already concluded states, we also
263                  * incorporate currently active states on the CPU,
264                  * since states may last for many sampling periods.
265                  *
266                  * This way we keep our delta sampling buckets small
267                  * (u32) and our reported pressure close to what's
268                  * actually happening.
269                  */
270                 if (state_mask & (1 << s))
271                         times[s] += now - state_start;
272
273                 delta = times[s] - groupc->times_prev[aggregator][s];
274                 groupc->times_prev[aggregator][s] = times[s];
275
276                 times[s] = delta;
277                 if (delta)
278                         *pchanged_states |= (1 << s);
279         }
280 }
281
282 static void calc_avgs(unsigned long avg[3], int missed_periods,
283                       u64 time, u64 period)
284 {
285         unsigned long pct;
286
287         /* Fill in zeroes for periods of no activity */
288         if (missed_periods) {
289                 avg[0] = calc_load_n(avg[0], EXP_10s, 0, missed_periods);
290                 avg[1] = calc_load_n(avg[1], EXP_60s, 0, missed_periods);
291                 avg[2] = calc_load_n(avg[2], EXP_300s, 0, missed_periods);
292         }
293
294         /* Sample the most recent active period */
295         pct = div_u64(time * 100, period);
296         pct *= FIXED_1;
297         avg[0] = calc_load(avg[0], EXP_10s, pct);
298         avg[1] = calc_load(avg[1], EXP_60s, pct);
299         avg[2] = calc_load(avg[2], EXP_300s, pct);
300 }
301
302 static void collect_percpu_times(struct psi_group *group,
303                                  enum psi_aggregators aggregator,
304                                  u32 *pchanged_states)
305 {
306         u64 deltas[NR_PSI_STATES - 1] = { 0, };
307         unsigned long nonidle_total = 0;
308         u32 changed_states = 0;
309         int cpu;
310         int s;
311
312         /*
313          * Collect the per-cpu time buckets and average them into a
314          * single time sample that is normalized to wallclock time.
315          *
316          * For averaging, each CPU is weighted by its non-idle time in
317          * the sampling period. This eliminates artifacts from uneven
318          * loading, or even entirely idle CPUs.
319          */
320         for_each_possible_cpu(cpu) {
321                 u32 times[NR_PSI_STATES];
322                 u32 nonidle;
323                 u32 cpu_changed_states;
324
325                 get_recent_times(group, cpu, aggregator, times,
326                                 &cpu_changed_states);
327                 changed_states |= cpu_changed_states;
328
329                 nonidle = nsecs_to_jiffies(times[PSI_NONIDLE]);
330                 nonidle_total += nonidle;
331
332                 for (s = 0; s < PSI_NONIDLE; s++)
333                         deltas[s] += (u64)times[s] * nonidle;
334         }
335
336         /*
337          * Integrate the sample into the running statistics that are
338          * reported to userspace: the cumulative stall times and the
339          * decaying averages.
340          *
341          * Pressure percentages are sampled at PSI_FREQ. We might be
342          * called more often when the user polls more frequently than
343          * that; we might be called less often when there is no task
344          * activity, thus no data, and clock ticks are sporadic. The
345          * below handles both.
346          */
347
348         /* total= */
349         for (s = 0; s < NR_PSI_STATES - 1; s++)
350                 group->total[aggregator][s] +=
351                                 div_u64(deltas[s], max(nonidle_total, 1UL));
352
353         if (pchanged_states)
354                 *pchanged_states = changed_states;
355 }
356
357 static u64 update_averages(struct psi_group *group, u64 now)
358 {
359         unsigned long missed_periods = 0;
360         u64 expires, period;
361         u64 avg_next_update;
362         int s;
363
364         /* avgX= */
365         expires = group->avg_next_update;
366         if (now - expires >= psi_period)
367                 missed_periods = div_u64(now - expires, psi_period);
368
369         /*
370          * The periodic clock tick can get delayed for various
371          * reasons, especially on loaded systems. To avoid clock
372          * drift, we schedule the clock in fixed psi_period intervals.
373          * But the deltas we sample out of the per-cpu buckets above
374          * are based on the actual time elapsing between clock ticks.
375          */
376         avg_next_update = expires + ((1 + missed_periods) * psi_period);
377         period = now - (group->avg_last_update + (missed_periods * psi_period));
378         group->avg_last_update = now;
379
380         for (s = 0; s < NR_PSI_STATES - 1; s++) {
381                 u32 sample;
382
383                 sample = group->total[PSI_AVGS][s] - group->avg_total[s];
384                 /*
385                  * Due to the lockless sampling of the time buckets,
386                  * recorded time deltas can slip into the next period,
387                  * which under full pressure can result in samples in
388                  * excess of the period length.
389                  *
390                  * We don't want to report non-sensical pressures in
391                  * excess of 100%, nor do we want to drop such events
392                  * on the floor. Instead we punt any overage into the
393                  * future until pressure subsides. By doing this we
394                  * don't underreport the occurring pressure curve, we
395                  * just report it delayed by one period length.
396                  *
397                  * The error isn't cumulative. As soon as another
398                  * delta slips from a period P to P+1, by definition
399                  * it frees up its time T in P.
400                  */
401                 if (sample > period)
402                         sample = period;
403                 group->avg_total[s] += sample;
404                 calc_avgs(group->avg[s], missed_periods, sample, period);
405         }
406
407         return avg_next_update;
408 }
409
410 static void psi_avgs_work(struct work_struct *work)
411 {
412         struct delayed_work *dwork;
413         struct psi_group *group;
414         u32 changed_states;
415         bool nonidle;
416         u64 now;
417
418         dwork = to_delayed_work(work);
419         group = container_of(dwork, struct psi_group, avgs_work);
420
421         mutex_lock(&group->avgs_lock);
422
423         now = sched_clock();
424
425         collect_percpu_times(group, PSI_AVGS, &changed_states);
426         nonidle = changed_states & (1 << PSI_NONIDLE);
427         /*
428          * If there is task activity, periodically fold the per-cpu
429          * times and feed samples into the running averages. If things
430          * are idle and there is no data to process, stop the clock.
431          * Once restarted, we'll catch up the running averages in one
432          * go - see calc_avgs() and missed_periods.
433          */
434         if (now >= group->avg_next_update)
435                 group->avg_next_update = update_averages(group, now);
436
437         if (nonidle) {
438                 schedule_delayed_work(dwork, nsecs_to_jiffies(
439                                 group->avg_next_update - now) + 1);
440         }
441
442         mutex_unlock(&group->avgs_lock);
443 }
444
445 /* Trigger tracking window manupulations */
446 static void window_reset(struct psi_window *win, u64 now, u64 value,
447                          u64 prev_growth)
448 {
449         win->start_time = now;
450         win->start_value = value;
451         win->prev_growth = prev_growth;
452 }
453
454 /*
455  * PSI growth tracking window update and growth calculation routine.
456  *
457  * This approximates a sliding tracking window by interpolating
458  * partially elapsed windows using historical growth data from the
459  * previous intervals. This minimizes memory requirements (by not storing
460  * all the intermediate values in the previous window) and simplifies
461  * the calculations. It works well because PSI signal changes only in
462  * positive direction and over relatively small window sizes the growth
463  * is close to linear.
464  */
465 static u64 window_update(struct psi_window *win, u64 now, u64 value)
466 {
467         u64 elapsed;
468         u64 growth;
469
470         elapsed = now - win->start_time;
471         growth = value - win->start_value;
472         /*
473          * After each tracking window passes win->start_value and
474          * win->start_time get reset and win->prev_growth stores
475          * the average per-window growth of the previous window.
476          * win->prev_growth is then used to interpolate additional
477          * growth from the previous window assuming it was linear.
478          */
479         if (elapsed > win->size)
480                 window_reset(win, now, value, growth);
481         else {
482                 u32 remaining;
483
484                 remaining = win->size - elapsed;
485                 growth += div64_u64(win->prev_growth * remaining, win->size);
486         }
487
488         return growth;
489 }
490
491 static void init_triggers(struct psi_group *group, u64 now)
492 {
493         struct psi_trigger *t;
494
495         list_for_each_entry(t, &group->triggers, node)
496                 window_reset(&t->win, now,
497                                 group->total[PSI_POLL][t->state], 0);
498         memcpy(group->polling_total, group->total[PSI_POLL],
499                    sizeof(group->polling_total));
500         group->polling_next_update = now + group->poll_min_period;
501 }
502
503 static u64 update_triggers(struct psi_group *group, u64 now)
504 {
505         struct psi_trigger *t;
506         bool new_stall = false;
507         u64 *total = group->total[PSI_POLL];
508
509         /*
510          * On subsequent updates, calculate growth deltas and let
511          * watchers know when their specified thresholds are exceeded.
512          */
513         list_for_each_entry(t, &group->triggers, node) {
514                 u64 growth;
515
516                 /* Check for stall activity */
517                 if (group->polling_total[t->state] == total[t->state])
518                         continue;
519
520                 /*
521                  * Multiple triggers might be looking at the same state,
522                  * remember to update group->polling_total[] once we've
523                  * been through all of them. Also remember to extend the
524                  * polling time if we see new stall activity.
525                  */
526                 new_stall = true;
527
528                 /* Calculate growth since last update */
529                 growth = window_update(&t->win, now, total[t->state]);
530                 if (growth < t->threshold)
531                         continue;
532
533                 /* Limit event signaling to once per window */
534                 if (now < t->last_event_time + t->win.size)
535                         continue;
536
537                 /* Generate an event */
538                 if (cmpxchg(&t->event, 0, 1) == 0)
539                         wake_up_interruptible(&t->event_wait);
540                 t->last_event_time = now;
541         }
542
543         if (new_stall)
544                 memcpy(group->polling_total, total,
545                                 sizeof(group->polling_total));
546
547         return now + group->poll_min_period;
548 }
549
550 /*
551  * Schedule polling if it's not already scheduled. It's safe to call even from
552  * hotpath because even though kthread_queue_delayed_work takes worker->lock
553  * spinlock that spinlock is never contended due to poll_scheduled atomic
554  * preventing such competition.
555  */
556 static void psi_schedule_poll_work(struct psi_group *group, unsigned long delay)
557 {
558         struct kthread_worker *kworker;
559
560         /* Do not reschedule if already scheduled */
561         if (atomic_cmpxchg(&group->poll_scheduled, 0, 1) != 0)
562                 return;
563
564         rcu_read_lock();
565
566         kworker = rcu_dereference(group->poll_kworker);
567         /*
568          * kworker might be NULL in case psi_trigger_destroy races with
569          * psi_task_change (hotpath) which can't use locks
570          */
571         if (likely(kworker))
572                 kthread_queue_delayed_work(kworker, &group->poll_work, delay);
573         else
574                 atomic_set(&group->poll_scheduled, 0);
575
576         rcu_read_unlock();
577 }
578
579 static void psi_poll_work(struct kthread_work *work)
580 {
581         struct kthread_delayed_work *dwork;
582         struct psi_group *group;
583         u32 changed_states;
584         u64 now;
585
586         dwork = container_of(work, struct kthread_delayed_work, work);
587         group = container_of(dwork, struct psi_group, poll_work);
588
589         atomic_set(&group->poll_scheduled, 0);
590
591         mutex_lock(&group->trigger_lock);
592
593         now = sched_clock();
594
595         collect_percpu_times(group, PSI_POLL, &changed_states);
596
597         if (changed_states & group->poll_states) {
598                 /* Initialize trigger windows when entering polling mode */
599                 if (now > group->polling_until)
600                         init_triggers(group, now);
601
602                 /*
603                  * Keep the monitor active for at least the duration of the
604                  * minimum tracking window as long as monitor states are
605                  * changing.
606                  */
607                 group->polling_until = now +
608                         group->poll_min_period * UPDATES_PER_WINDOW;
609         }
610
611         if (now > group->polling_until) {
612                 group->polling_next_update = ULLONG_MAX;
613                 goto out;
614         }
615
616         if (now >= group->polling_next_update)
617                 group->polling_next_update = update_triggers(group, now);
618
619         psi_schedule_poll_work(group,
620                 nsecs_to_jiffies(group->polling_next_update - now) + 1);
621
622 out:
623         mutex_unlock(&group->trigger_lock);
624 }
625
626 static void record_times(struct psi_group_cpu *groupc, int cpu,
627                          bool memstall_tick)
628 {
629         u32 delta;
630         u64 now;
631
632         now = cpu_clock(cpu);
633         delta = now - groupc->state_start;
634         groupc->state_start = now;
635
636         if (groupc->state_mask & (1 << PSI_IO_SOME)) {
637                 groupc->times[PSI_IO_SOME] += delta;
638                 if (groupc->state_mask & (1 << PSI_IO_FULL))
639                         groupc->times[PSI_IO_FULL] += delta;
640         }
641
642         if (groupc->state_mask & (1 << PSI_MEM_SOME)) {
643                 groupc->times[PSI_MEM_SOME] += delta;
644                 if (groupc->state_mask & (1 << PSI_MEM_FULL))
645                         groupc->times[PSI_MEM_FULL] += delta;
646                 else if (memstall_tick) {
647                         u32 sample;
648                         /*
649                          * Since we care about lost potential, a
650                          * memstall is FULL when there are no other
651                          * working tasks, but also when the CPU is
652                          * actively reclaiming and nothing productive
653                          * could run even if it were runnable.
654                          *
655                          * When the timer tick sees a reclaiming CPU,
656                          * regardless of runnable tasks, sample a FULL
657                          * tick (or less if it hasn't been a full tick
658                          * since the last state change).
659                          */
660                         sample = min(delta, (u32)jiffies_to_nsecs(1));
661                         groupc->times[PSI_MEM_FULL] += sample;
662                 }
663         }
664
665         if (groupc->state_mask & (1 << PSI_CPU_SOME))
666                 groupc->times[PSI_CPU_SOME] += delta;
667
668         if (groupc->state_mask & (1 << PSI_NONIDLE))
669                 groupc->times[PSI_NONIDLE] += delta;
670 }
671
672 static void psi_group_change(struct psi_group *group, int cpu,
673                              unsigned int clear, unsigned int set,
674                              bool wake_clock)
675 {
676         struct psi_group_cpu *groupc;
677         u32 state_mask = 0;
678         unsigned int t, m;
679         enum psi_states s;
680
681         groupc = per_cpu_ptr(group->pcpu, cpu);
682
683         /*
684          * First we assess the aggregate resource states this CPU's
685          * tasks have been in since the last change, and account any
686          * SOME and FULL time these may have resulted in.
687          *
688          * Then we update the task counts according to the state
689          * change requested through the @clear and @set bits.
690          */
691         write_seqcount_begin(&groupc->seq);
692
693         record_times(groupc, cpu, false);
694
695         for (t = 0, m = clear; m; m &= ~(1 << t), t++) {
696                 if (!(m & (1 << t)))
697                         continue;
698                 if (groupc->tasks[t] == 0 && !psi_bug) {
699                         printk_deferred(KERN_ERR "psi: task underflow! cpu=%d t=%d tasks=[%u %u %u %u] clear=%x set=%x\n",
700                                         cpu, t, groupc->tasks[0],
701                                         groupc->tasks[1], groupc->tasks[2],
702                                         groupc->tasks[3], clear, set);
703                         psi_bug = 1;
704                 }
705                 groupc->tasks[t]--;
706         }
707
708         for (t = 0; set; set &= ~(1 << t), t++)
709                 if (set & (1 << t))
710                         groupc->tasks[t]++;
711
712         /* Calculate state mask representing active states */
713         for (s = 0; s < NR_PSI_STATES; s++) {
714                 if (test_state(groupc->tasks, s))
715                         state_mask |= (1 << s);
716         }
717         groupc->state_mask = state_mask;
718
719         write_seqcount_end(&groupc->seq);
720
721         if (state_mask & group->poll_states)
722                 psi_schedule_poll_work(group, 1);
723
724         if (wake_clock && !delayed_work_pending(&group->avgs_work))
725                 schedule_delayed_work(&group->avgs_work, PSI_FREQ);
726 }
727
728 static struct psi_group *iterate_groups(struct task_struct *task, void **iter)
729 {
730 #ifdef CONFIG_CGROUPS
731         struct cgroup *cgroup = NULL;
732
733         if (!*iter)
734                 cgroup = task->cgroups->dfl_cgrp;
735         else if (*iter == &psi_system)
736                 return NULL;
737         else
738                 cgroup = cgroup_parent(*iter);
739
740         if (cgroup && cgroup_parent(cgroup)) {
741                 *iter = cgroup;
742                 return cgroup_psi(cgroup);
743         }
744 #else
745         if (*iter)
746                 return NULL;
747 #endif
748         *iter = &psi_system;
749         return &psi_system;
750 }
751
752 static void psi_flags_change(struct task_struct *task, int clear, int set)
753 {
754         if (((task->psi_flags & set) ||
755              (task->psi_flags & clear) != clear) &&
756             !psi_bug) {
757                 printk_deferred(KERN_ERR "psi: inconsistent task state! task=%d:%s cpu=%d psi_flags=%x clear=%x set=%x\n",
758                                 task->pid, task->comm, task_cpu(task),
759                                 task->psi_flags, clear, set);
760                 psi_bug = 1;
761         }
762
763         task->psi_flags &= ~clear;
764         task->psi_flags |= set;
765 }
766
767 void psi_task_change(struct task_struct *task, int clear, int set)
768 {
769         int cpu = task_cpu(task);
770         struct psi_group *group;
771         bool wake_clock = true;
772         void *iter = NULL;
773
774         if (!task->pid)
775                 return;
776
777         psi_flags_change(task, clear, set);
778
779         /*
780          * Periodic aggregation shuts off if there is a period of no
781          * task changes, so we wake it back up if necessary. However,
782          * don't do this if the task change is the aggregation worker
783          * itself going to sleep, or we'll ping-pong forever.
784          */
785         if (unlikely((clear & TSK_RUNNING) &&
786                      (task->flags & PF_WQ_WORKER) &&
787                      wq_worker_last_func(task) == psi_avgs_work))
788                 wake_clock = false;
789
790         while ((group = iterate_groups(task, &iter)))
791                 psi_group_change(group, cpu, clear, set, wake_clock);
792 }
793
794 void psi_task_switch(struct task_struct *prev, struct task_struct *next,
795                      bool sleep)
796 {
797         struct psi_group *group, *common = NULL;
798         int cpu = task_cpu(prev);
799         void *iter;
800
801         if (next->pid) {
802                 psi_flags_change(next, 0, TSK_ONCPU);
803                 /*
804                  * When moving state between tasks, the group that
805                  * contains them both does not change: we can stop
806                  * updating the tree once we reach the first common
807                  * ancestor. Iterate @next's ancestors until we
808                  * encounter @prev's state.
809                  */
810                 iter = NULL;
811                 while ((group = iterate_groups(next, &iter))) {
812                         if (per_cpu_ptr(group->pcpu, cpu)->tasks[NR_ONCPU]) {
813                                 common = group;
814                                 break;
815                         }
816
817                         psi_group_change(group, cpu, 0, TSK_ONCPU, true);
818                 }
819         }
820
821         /*
822          * If this is a voluntary sleep, dequeue will have taken care
823          * of the outgoing TSK_ONCPU alongside TSK_RUNNING already. We
824          * only need to deal with it during preemption.
825          */
826         if (sleep)
827                 return;
828
829         if (prev->pid) {
830                 psi_flags_change(prev, TSK_ONCPU, 0);
831
832                 iter = NULL;
833                 while ((group = iterate_groups(prev, &iter)) && group != common)
834                         psi_group_change(group, cpu, TSK_ONCPU, 0, true);
835         }
836 }
837
838 void psi_memstall_tick(struct task_struct *task, int cpu)
839 {
840         struct psi_group *group;
841         void *iter = NULL;
842
843         while ((group = iterate_groups(task, &iter))) {
844                 struct psi_group_cpu *groupc;
845
846                 groupc = per_cpu_ptr(group->pcpu, cpu);
847                 write_seqcount_begin(&groupc->seq);
848                 record_times(groupc, cpu, true);
849                 write_seqcount_end(&groupc->seq);
850         }
851 }
852
853 /**
854  * psi_memstall_enter - mark the beginning of a memory stall section
855  * @flags: flags to handle nested sections
856  *
857  * Marks the calling task as being stalled due to a lack of memory,
858  * such as waiting for a refault or performing reclaim.
859  */
860 void psi_memstall_enter(unsigned long *flags)
861 {
862         struct rq_flags rf;
863         struct rq *rq;
864
865         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
866                 return;
867
868         *flags = current->in_memstall;
869         if (*flags)
870                 return;
871         /*
872          * in_memstall setting & accounting needs to be atomic wrt
873          * changes to the task's scheduling state, otherwise we can
874          * race with CPU migration.
875          */
876         rq = this_rq_lock_irq(&rf);
877
878         current->in_memstall = 1;
879         psi_task_change(current, 0, TSK_MEMSTALL);
880
881         rq_unlock_irq(rq, &rf);
882 }
883
884 /**
885  * psi_memstall_leave - mark the end of an memory stall section
886  * @flags: flags to handle nested memdelay sections
887  *
888  * Marks the calling task as no longer stalled due to lack of memory.
889  */
890 void psi_memstall_leave(unsigned long *flags)
891 {
892         struct rq_flags rf;
893         struct rq *rq;
894
895         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
896                 return;
897
898         if (*flags)
899                 return;
900         /*
901          * in_memstall clearing & accounting needs to be atomic wrt
902          * changes to the task's scheduling state, otherwise we could
903          * race with CPU migration.
904          */
905         rq = this_rq_lock_irq(&rf);
906
907         current->in_memstall = 0;
908         psi_task_change(current, TSK_MEMSTALL, 0);
909
910         rq_unlock_irq(rq, &rf);
911 }
912
913 #ifdef CONFIG_CGROUPS
914 int psi_cgroup_alloc(struct cgroup *cgroup)
915 {
916         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
917                 return 0;
918
919         cgroup->psi.pcpu = alloc_percpu(struct psi_group_cpu);
920         if (!cgroup->psi.pcpu)
921                 return -ENOMEM;
922         group_init(&cgroup->psi);
923         return 0;
924 }
925
926 void psi_cgroup_free(struct cgroup *cgroup)
927 {
928         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
929                 return;
930
931         cancel_delayed_work_sync(&cgroup->psi.avgs_work);
932         free_percpu(cgroup->psi.pcpu);
933         /* All triggers must be removed by now */
934         WARN_ONCE(cgroup->psi.poll_states, "psi: trigger leak\n");
935 }
936
937 /**
938  * cgroup_move_task - move task to a different cgroup
939  * @task: the task
940  * @to: the target css_set
941  *
942  * Move task to a new cgroup and safely migrate its associated stall
943  * state between the different groups.
944  *
945  * This function acquires the task's rq lock to lock out concurrent
946  * changes to the task's scheduling state and - in case the task is
947  * running - concurrent changes to its stall state.
948  */
949 void cgroup_move_task(struct task_struct *task, struct css_set *to)
950 {
951         unsigned int task_flags = 0;
952         struct rq_flags rf;
953         struct rq *rq;
954
955         if (static_branch_likely(&psi_disabled)) {
956                 /*
957                  * Lame to do this here, but the scheduler cannot be locked
958                  * from the outside, so we move cgroups from inside sched/.
959                  */
960                 rcu_assign_pointer(task->cgroups, to);
961                 return;
962         }
963
964         rq = task_rq_lock(task, &rf);
965
966         if (task_on_rq_queued(task)) {
967                 task_flags = TSK_RUNNING;
968                 if (task_current(rq, task))
969                         task_flags |= TSK_ONCPU;
970         } else if (task->in_iowait)
971                 task_flags = TSK_IOWAIT;
972
973         if (task->in_memstall)
974                 task_flags |= TSK_MEMSTALL;
975
976         if (task_flags)
977                 psi_task_change(task, task_flags, 0);
978
979         /* See comment above */
980         rcu_assign_pointer(task->cgroups, to);
981
982         if (task_flags)
983                 psi_task_change(task, 0, task_flags);
984
985         task_rq_unlock(rq, task, &rf);
986 }
987 #endif /* CONFIG_CGROUPS */
988
989 int psi_show(struct seq_file *m, struct psi_group *group, enum psi_res res)
990 {
991         int full;
992         u64 now;
993
994         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
995                 return -EOPNOTSUPP;
996
997         /* Update averages before reporting them */
998         mutex_lock(&group->avgs_lock);
999         now = sched_clock();
1000         collect_percpu_times(group, PSI_AVGS, NULL);
1001         if (now >= group->avg_next_update)
1002                 group->avg_next_update = update_averages(group, now);
1003         mutex_unlock(&group->avgs_lock);
1004
1005         for (full = 0; full < 2 - (res == PSI_CPU); full++) {
1006                 unsigned long avg[3];
1007                 u64 total;
1008                 int w;
1009
1010                 for (w = 0; w < 3; w++)
1011                         avg[w] = group->avg[res * 2 + full][w];
1012                 total = div_u64(group->total[PSI_AVGS][res * 2 + full],
1013                                 NSEC_PER_USEC);
1014
1015                 seq_printf(m, "%s avg10=%lu.%02lu avg60=%lu.%02lu avg300=%lu.%02lu total=%llu\n",
1016                            full ? "full" : "some",
1017                            LOAD_INT(avg[0]), LOAD_FRAC(avg[0]),
1018                            LOAD_INT(avg[1]), LOAD_FRAC(avg[1]),
1019                            LOAD_INT(avg[2]), LOAD_FRAC(avg[2]),
1020                            total);
1021         }
1022
1023         return 0;
1024 }
1025
1026 static int psi_io_show(struct seq_file *m, void *v)
1027 {
1028         return psi_show(m, &psi_system, PSI_IO);
1029 }
1030
1031 static int psi_memory_show(struct seq_file *m, void *v)
1032 {
1033         return psi_show(m, &psi_system, PSI_MEM);
1034 }
1035
1036 static int psi_cpu_show(struct seq_file *m, void *v)
1037 {
1038         return psi_show(m, &psi_system, PSI_CPU);
1039 }
1040
1041 static int psi_io_open(struct inode *inode, struct file *file)
1042 {
1043         return single_open(file, psi_io_show, NULL);
1044 }
1045
1046 static int psi_memory_open(struct inode *inode, struct file *file)
1047 {
1048         return single_open(file, psi_memory_show, NULL);
1049 }
1050
1051 static int psi_cpu_open(struct inode *inode, struct file *file)
1052 {
1053         return single_open(file, psi_cpu_show, NULL);
1054 }
1055
1056 struct psi_trigger *psi_trigger_create(struct psi_group *group,
1057                         char *buf, size_t nbytes, enum psi_res res)
1058 {
1059         struct psi_trigger *t;
1060         enum psi_states state;
1061         u32 threshold_us;
1062         u32 window_us;
1063
1064         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
1065                 return ERR_PTR(-EOPNOTSUPP);
1066
1067         if (sscanf(buf, "some %u %u", &threshold_us, &window_us) == 2)
1068                 state = PSI_IO_SOME + res * 2;
1069         else if (sscanf(buf, "full %u %u", &threshold_us, &window_us) == 2)
1070                 state = PSI_IO_FULL + res * 2;
1071         else
1072                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1073
1074         if (state >= PSI_NONIDLE)
1075                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1076
1077         if (window_us < WINDOW_MIN_US ||
1078                 window_us > WINDOW_MAX_US)
1079                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1080
1081         /* Check threshold */
1082         if (threshold_us == 0 || threshold_us > window_us)
1083                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1084
1085         t = kmalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);
1086         if (!t)
1087                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1088
1089         t->group = group;
1090         t->state = state;
1091         t->threshold = threshold_us * NSEC_PER_USEC;
1092         t->win.size = window_us * NSEC_PER_USEC;
1093         window_reset(&t->win, 0, 0, 0);
1094
1095         t->event = 0;
1096         t->last_event_time = 0;
1097         init_waitqueue_head(&t->event_wait);
1098         kref_init(&t->refcount);
1099
1100         mutex_lock(&group->trigger_lock);
1101
1102         if (!rcu_access_pointer(group->poll_kworker)) {
1103                 struct sched_param param = {
1104                         .sched_priority = 1,
1105                 };
1106                 struct kthread_worker *kworker;
1107
1108                 kworker = kthread_create_worker(0, "psimon");
1109                 if (IS_ERR(kworker)) {
1110                         kfree(t);
1111                         mutex_unlock(&group->trigger_lock);
1112                         return ERR_CAST(kworker);
1113                 }
1114                 sched_setscheduler_nocheck(kworker->task, SCHED_FIFO, &param);
1115                 kthread_init_delayed_work(&group->poll_work,
1116                                 psi_poll_work);
1117                 rcu_assign_pointer(group->poll_kworker, kworker);
1118         }
1119
1120         list_add(&t->node, &group->triggers);
1121         group->poll_min_period = min(group->poll_min_period,
1122                 div_u64(t->win.size, UPDATES_PER_WINDOW));
1123         group->nr_triggers[t->state]++;
1124         group->poll_states |= (1 << t->state);
1125
1126         mutex_unlock(&group->trigger_lock);
1127
1128         return t;
1129 }
1130
1131 static void psi_trigger_destroy(struct kref *ref)
1132 {
1133         struct psi_trigger *t = container_of(ref, struct psi_trigger, refcount);
1134         struct psi_group *group = t->group;
1135         struct kthread_worker *kworker_to_destroy = NULL;
1136
1137         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
1138                 return;
1139
1140         /*
1141          * Wakeup waiters to stop polling. Can happen if cgroup is deleted
1142          * from under a polling process.
1143          */
1144         wake_up_interruptible(&t->event_wait);
1145
1146         mutex_lock(&group->trigger_lock);
1147
1148         if (!list_empty(&t->node)) {
1149                 struct psi_trigger *tmp;
1150                 u64 period = ULLONG_MAX;
1151
1152                 list_del(&t->node);
1153                 group->nr_triggers[t->state]--;
1154                 if (!group->nr_triggers[t->state])
1155                         group->poll_states &= ~(1 << t->state);
1156                 /* reset min update period for the remaining triggers */
1157                 list_for_each_entry(tmp, &group->triggers, node)
1158                         period = min(period, div_u64(tmp->win.size,
1159                                         UPDATES_PER_WINDOW));
1160                 group->poll_min_period = period;
1161                 /* Destroy poll_kworker when the last trigger is destroyed */
1162                 if (group->poll_states == 0) {
1163                         group->polling_until = 0;
1164                         kworker_to_destroy = rcu_dereference_protected(
1165                                         group->poll_kworker,
1166                                         lockdep_is_held(&group->trigger_lock));
1167                         rcu_assign_pointer(group->poll_kworker, NULL);
1168                 }
1169         }
1170
1171         mutex_unlock(&group->trigger_lock);
1172
1173         /*
1174          * Wait for both *trigger_ptr from psi_trigger_replace and
1175          * poll_kworker RCUs to complete their read-side critical sections
1176          * before destroying the trigger and optionally the poll_kworker
1177          */
1178         synchronize_rcu();
1179         /*
1180          * Destroy the kworker after releasing trigger_lock to prevent a
1181          * deadlock while waiting for psi_poll_work to acquire trigger_lock
1182          */
1183         if (kworker_to_destroy) {
1184                 /*
1185                  * After the RCU grace period has expired, the worker
1186                  * can no longer be found through group->poll_kworker.
1187                  * But it might have been already scheduled before
1188                  * that - deschedule it cleanly before destroying it.
1189                  */
1190                 kthread_cancel_delayed_work_sync(&group->poll_work);
1191                 atomic_set(&group->poll_scheduled, 0);
1192
1193                 kthread_destroy_worker(kworker_to_destroy);
1194         }
1195         kfree(t);
1196 }
1197
1198 void psi_trigger_replace(void **trigger_ptr, struct psi_trigger *new)
1199 {
1200         struct psi_trigger *old = *trigger_ptr;
1201
1202         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
1203                 return;
1204
1205         rcu_assign_pointer(*trigger_ptr, new);
1206         if (old)
1207                 kref_put(&old->refcount, psi_trigger_destroy);
1208 }
1209
1210 __poll_t psi_trigger_poll(void **trigger_ptr,
1211                                 struct file *file, poll_table *wait)
1212 {
1213         __poll_t ret = DEFAULT_POLLMASK;
1214         struct psi_trigger *t;
1215
1216         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
1217                 return DEFAULT_POLLMASK | EPOLLERR | EPOLLPRI;
1218
1219         rcu_read_lock();
1220
1221         t = rcu_dereference(*(void __rcu __force **)trigger_ptr);
1222         if (!t) {
1223                 rcu_read_unlock();
1224                 return DEFAULT_POLLMASK | EPOLLERR | EPOLLPRI;
1225         }
1226         kref_get(&t->refcount);
1227
1228         rcu_read_unlock();
1229
1230         poll_wait(file, &t->event_wait, wait);
1231
1232         if (cmpxchg(&t->event, 1, 0) == 1)
1233                 ret |= EPOLLPRI;
1234
1235         kref_put(&t->refcount, psi_trigger_destroy);
1236
1237         return ret;
1238 }
1239
1240 static ssize_t psi_write(struct file *file, const char __user *user_buf,
1241                          size_t nbytes, enum psi_res res)
1242 {
1243         char buf[32];
1244         size_t buf_size;
1245         struct seq_file *seq;
1246         struct psi_trigger *new;
1247
1248         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
1249                 return -EOPNOTSUPP;
1250
1251         if (!nbytes)
1252                 return -EINVAL;
1253
1254         buf_size = min(nbytes, sizeof(buf));
1255         if (copy_from_user(buf, user_buf, buf_size))
1256                 return -EFAULT;
1257
1258         buf[buf_size - 1] = '\0';
1259
1260         new = psi_trigger_create(&psi_system, buf, nbytes, res);
1261         if (IS_ERR(new))
1262                 return PTR_ERR(new);
1263
1264         seq = file->private_data;
1265         /* Take seq->lock to protect seq->private from concurrent writes */
1266         mutex_lock(&seq->lock);
1267         psi_trigger_replace(&seq->private, new);
1268         mutex_unlock(&seq->lock);
1269
1270         return nbytes;
1271 }
1272
1273 static ssize_t psi_io_write(struct file *file, const char __user *user_buf,
1274                             size_t nbytes, loff_t *ppos)
1275 {
1276         return psi_write(file, user_buf, nbytes, PSI_IO);
1277 }
1278
1279 static ssize_t psi_memory_write(struct file *file, const char __user *user_buf,
1280                                 size_t nbytes, loff_t *ppos)
1281 {
1282         return psi_write(file, user_buf, nbytes, PSI_MEM);
1283 }
1284
1285 static ssize_t psi_cpu_write(struct file *file, const char __user *user_buf,
1286                              size_t nbytes, loff_t *ppos)
1287 {
1288         return psi_write(file, user_buf, nbytes, PSI_CPU);
1289 }
1290
1291 static __poll_t psi_fop_poll(struct file *file, poll_table *wait)
1292 {
1293         struct seq_file *seq = file->private_data;
1294
1295         return psi_trigger_poll(&seq->private, file, wait);
1296 }
1297
1298 static int psi_fop_release(struct inode *inode, struct file *file)
1299 {
1300         struct seq_file *seq = file->private_data;
1301
1302         psi_trigger_replace(&seq->private, NULL);
1303         return single_release(inode, file);
1304 }
1305
1306 static const struct proc_ops psi_io_proc_ops = {
1307         .proc_open      = psi_io_open,
1308         .proc_read      = seq_read,
1309         .proc_lseek     = seq_lseek,
1310         .proc_write     = psi_io_write,
1311         .proc_poll      = psi_fop_poll,
1312         .proc_release   = psi_fop_release,
1313 };
1314
1315 static const struct proc_ops psi_memory_proc_ops = {
1316         .proc_open      = psi_memory_open,
1317         .proc_read      = seq_read,
1318         .proc_lseek     = seq_lseek,
1319         .proc_write     = psi_memory_write,
1320         .proc_poll      = psi_fop_poll,
1321         .proc_release   = psi_fop_release,
1322 };
1323
1324 static const struct proc_ops psi_cpu_proc_ops = {
1325         .proc_open      = psi_cpu_open,
1326         .proc_read      = seq_read,
1327         .proc_lseek     = seq_lseek,
1328         .proc_write     = psi_cpu_write,
1329         .proc_poll      = psi_fop_poll,
1330         .proc_release   = psi_fop_release,
1331 };
1332
1333 static int __init psi_proc_init(void)
1334 {
1335         if (psi_enable) {
1336                 proc_mkdir("pressure", NULL);
1337                 proc_create("pressure/io", 0, NULL, &psi_io_proc_ops);
1338                 proc_create("pressure/memory", 0, NULL, &psi_memory_proc_ops);
1339                 proc_create("pressure/cpu", 0, NULL, &psi_cpu_proc_ops);
1340         }
1341         return 0;
1342 }
1343 module_init(psi_proc_init);