io_uring: use task_work for links if possible
authorJens Axboe <axboe@kernel.dk>
Thu, 25 Jun 2020 21:39:59 +0000 (15:39 -0600)
committerJens Axboe <axboe@kernel.dk>
Fri, 26 Jun 2020 16:34:23 +0000 (10:34 -0600)
Currently links are always done in an async fashion, unless we catch them
inline after we successfully complete a request without having to resort
to blocking. This isn't necessarily the most efficient approach, it'd be
more ideal if we could just use the task_work handling for this.

Outside of saving an async jump, we can also do less prep work for these
kinds of requests.

Running dependent links from the task_work handler yields some nice
performance benefits. As an example, examples/link-cp from the liburing
repository uses read+write links to implement a copy operation. Without
this patch, the a cache fold 4G file read from a VM runs in about 3
seconds:

$ time examples/link-cp /data/file /dev/null

real 0m2.986s
user 0m0.051s
sys 0m2.843s

and a subsequent cache hot run looks like this:

$ time examples/link-cp /data/file /dev/null

real 0m0.898s
user 0m0.069s
sys 0m0.797s

With this patch in place, the cold case takes about 2.4 seconds:

$ time examples/link-cp /data/file /dev/null

real 0m2.400s
user 0m0.020s
sys 0m2.366s

and the cache hot case looks like this:

$ time examples/link-cp /data/file /dev/null

real 0m0.676s
user 0m0.010s
sys 0m0.665s

As expected, the (mostly) cache hot case yields the biggest improvement,
running about 25% faster with this change, while the cache cold case
yields about a 20% increase in performance. Outside of the performance
increase, we're using less CPU as well, as we're not using the async
offload threads at all for this anymore.

Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
fs/io_uring.c

index 0bba12e..b628e44 100644 (file)
@@ -898,6 +898,7 @@ enum io_mem_account {
 static void io_wq_submit_work(struct io_wq_work **workptr);
 static void io_cqring_fill_event(struct io_kiocb *req, long res);
 static void io_put_req(struct io_kiocb *req);
+static void io_double_put_req(struct io_kiocb *req);
 static void __io_double_put_req(struct io_kiocb *req);
 static struct io_kiocb *io_prep_linked_timeout(struct io_kiocb *req);
 static void io_queue_linked_timeout(struct io_kiocb *req);
@@ -951,6 +952,41 @@ static void __io_put_req_task(struct io_kiocb *req)
                put_task_struct(req->task);
 }
 
+static void io_sq_thread_drop_mm(struct io_ring_ctx *ctx)
+{
+       struct mm_struct *mm = current->mm;
+
+       if (mm) {
+               kthread_unuse_mm(mm);
+               mmput(mm);
+       }
+}
+
+static int __io_sq_thread_acquire_mm(struct io_ring_ctx *ctx)
+{
+       if (!current->mm) {
+               if (unlikely(!mmget_not_zero(ctx->sqo_mm)))
+                       return -EFAULT;
+               kthread_use_mm(ctx->sqo_mm);
+       }
+
+       return 0;
+}
+
+static int io_sq_thread_acquire_mm(struct io_ring_ctx *ctx,
+                                  struct io_kiocb *req)
+{
+       if (!io_op_defs[req->opcode].needs_mm)
+               return 0;
+       return __io_sq_thread_acquire_mm(ctx);
+}
+
+static inline void req_set_fail_links(struct io_kiocb *req)
+{
+       if ((req->flags & (REQ_F_LINK | REQ_F_HARDLINK)) == REQ_F_LINK)
+               req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
+}
+
 static void io_file_put_work(struct work_struct *work);
 
 /*
@@ -1664,6 +1700,64 @@ static void io_req_find_next(struct io_kiocb *req, struct io_kiocb **nxt)
        }
 }
 
+static void __io_req_task_cancel(struct io_kiocb *req, int error)
+{
+       struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
+
+       spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
+       io_cqring_fill_event(req, error);
+       io_commit_cqring(ctx);
+       spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
+
+       io_cqring_ev_posted(ctx);
+       req_set_fail_links(req);
+       io_double_put_req(req);
+}
+
+static void io_req_task_cancel(struct callback_head *cb)
+{
+       struct io_kiocb *req = container_of(cb, struct io_kiocb, task_work);
+
+       __io_req_task_cancel(req, -ECANCELED);
+}
+
+static void __io_req_task_submit(struct io_kiocb *req)
+{
+       struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
+
+       __set_current_state(TASK_RUNNING);
+       if (!__io_sq_thread_acquire_mm(ctx)) {
+               mutex_lock(&ctx->uring_lock);
+               __io_queue_sqe(req, NULL, NULL);
+               mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
+       } else {
+               __io_req_task_cancel(req, -EFAULT);
+       }
+}
+
+static void io_req_task_submit(struct callback_head *cb)
+{
+       struct io_kiocb *req = container_of(cb, struct io_kiocb, task_work);
+
+       __io_req_task_submit(req);
+}
+
+static void io_req_task_queue(struct io_kiocb *req)
+{
+       struct task_struct *tsk = req->task;
+       int ret;
+
+       init_task_work(&req->task_work, io_req_task_submit);
+
+       ret = task_work_add(tsk, &req->task_work, true);
+       if (unlikely(ret)) {
+               init_task_work(&req->task_work, io_req_task_cancel);
+               tsk = io_wq_get_task(req->ctx->io_wq);
+               task_work_add(tsk, &req->task_work, true);
+       }
+       wake_up_process(tsk);
+}
+
 static void io_free_req(struct io_kiocb *req)
 {
        struct io_kiocb *nxt = NULL;
@@ -1671,8 +1765,12 @@ static void io_free_req(struct io_kiocb *req)
        io_req_find_next(req, &nxt);
        __io_free_req(req);
 
-       if (nxt)
-               io_queue_async_work(nxt);
+       if (nxt) {
+               if (nxt->flags & REQ_F_WORK_INITIALIZED)
+                       io_queue_async_work(nxt);
+               else
+                       io_req_task_queue(nxt);
+       }
 }
 
 static void io_wq_assign_next(struct io_wq_work **workptr, struct io_kiocb *nxt)
@@ -2013,12 +2111,6 @@ static void kiocb_end_write(struct io_kiocb *req)
        file_end_write(req->file);
 }
 
-static inline void req_set_fail_links(struct io_kiocb *req)
-{
-       if ((req->flags & (REQ_F_LINK | REQ_F_HARDLINK)) == REQ_F_LINK)
-               req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
-}
-
 static void io_complete_rw_common(struct kiocb *kiocb, long res,
                                  struct io_comp_state *cs)
 {
@@ -2035,35 +2127,6 @@ static void io_complete_rw_common(struct kiocb *kiocb, long res,
        __io_req_complete(req, res, cflags, cs);
 }
 
-static void io_sq_thread_drop_mm(struct io_ring_ctx *ctx)
-{
-       struct mm_struct *mm = current->mm;
-
-       if (mm) {
-               kthread_unuse_mm(mm);
-               mmput(mm);
-       }
-}
-
-static int __io_sq_thread_acquire_mm(struct io_ring_ctx *ctx)
-{
-       if (!current->mm) {
-               if (unlikely(!mmget_not_zero(ctx->sqo_mm)))
-                       return -EFAULT;
-               kthread_use_mm(ctx->sqo_mm);
-       }
-
-       return 0;
-}
-
-static int io_sq_thread_acquire_mm(struct io_ring_ctx *ctx,
-                                  struct io_kiocb *req)
-{
-       if (!io_op_defs[req->opcode].needs_mm)
-               return 0;
-       return __io_sq_thread_acquire_mm(ctx);
-}
-
 #ifdef CONFIG_BLOCK
 static bool io_resubmit_prep(struct io_kiocb *req, int error)
 {
@@ -2811,20 +2874,6 @@ static int io_read_prep(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
        return 0;
 }
 
-static void __io_async_buf_error(struct io_kiocb *req, int error)
-{
-       struct io_ring_ctx *ctx = req->ctx;
-
-       spin_lock_irq(&ctx->completion_lock);
-       io_cqring_fill_event(req, error);
-       io_commit_cqring(ctx);
-       spin_unlock_irq(&ctx->completion_lock);
-
-       io_cqring_ev_posted(ctx);
-       req_set_fail_links(req);
-       io_double_put_req(req);
-}
-
 static void io_async_buf_cancel(struct callback_head *cb)
 {
        struct io_async_rw *rw;
@@ -2832,27 +2881,18 @@ static void io_async_buf_cancel(struct callback_head *cb)
 
        rw = container_of(cb, struct io_async_rw, task_work);
        req = rw->wpq.wait.private;
-       __io_async_buf_error(req, -ECANCELED);
+       __io_req_task_cancel(req, -ECANCELED);
 }
 
 static void io_async_buf_retry(struct callback_head *cb)
 {
        struct io_async_rw *rw;
-       struct io_ring_ctx *ctx;
        struct io_kiocb *req;
 
        rw = container_of(cb, struct io_async_rw, task_work);
        req = rw->wpq.wait.private;
-       ctx = req->ctx;
 
-       __set_current_state(TASK_RUNNING);
-       if (!__io_sq_thread_acquire_mm(ctx)) {
-               mutex_lock(&ctx->uring_lock);
-               __io_queue_sqe(req, NULL, NULL);
-               mutex_unlock(&ctx->uring_lock);
-       } else {
-               __io_async_buf_error(req, -EFAULT);
-       }
+       __io_req_task_submit(req);
 }
 
 static int io_async_buf_func(struct wait_queue_entry *wait, unsigned mode,
@@ -5218,22 +5258,24 @@ static int io_files_update(struct io_kiocb *req, bool force_nonblock,
 }
 
 static int io_req_defer_prep(struct io_kiocb *req,
-                            const struct io_uring_sqe *sqe)
+                            const struct io_uring_sqe *sqe, bool for_async)
 {
        ssize_t ret = 0;
 
        if (!sqe)
                return 0;
 
-       io_req_init_async(req);
+       if (for_async || (req->flags & REQ_F_WORK_INITIALIZED)) {
+               io_req_init_async(req);
 
-       if (io_op_defs[req->opcode].file_table) {
-               ret = io_grab_files(req);
-               if (unlikely(ret))
-                       return ret;
-       }
+               if (io_op_defs[req->opcode].file_table) {
+                       ret = io_grab_files(req);
+                       if (unlikely(ret))
+                               return ret;
+               }
 
-       io_req_work_grab_env(req, &io_op_defs[req->opcode]);
+               io_req_work_grab_env(req, &io_op_defs[req->opcode]);
+       }
 
        switch (req->opcode) {
        case IORING_OP_NOP:
@@ -5347,7 +5389,7 @@ static int io_req_defer(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe)
        if (!req->io) {
                if (io_alloc_async_ctx(req))
                        return -EAGAIN;
-               ret = io_req_defer_prep(req, sqe);
+               ret = io_req_defer_prep(req, sqe, true);
                if (ret < 0)
                        return ret;
        }
@@ -5966,7 +6008,7 @@ fail_req:
                        ret = -EAGAIN;
                        if (io_alloc_async_ctx(req))
                                goto fail_req;
-                       ret = io_req_defer_prep(req, sqe);
+                       ret = io_req_defer_prep(req, sqe, true);
                        if (unlikely(ret < 0))
                                goto fail_req;
                }
@@ -6022,13 +6064,14 @@ static int io_submit_sqe(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
                if (io_alloc_async_ctx(req))
                        return -EAGAIN;
 
-               ret = io_req_defer_prep(req, sqe);
+               ret = io_req_defer_prep(req, sqe, false);
                if (ret) {
                        /* fail even hard links since we don't submit */
                        head->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
                        return ret;
                }
                trace_io_uring_link(ctx, req, head);
+               io_get_req_task(req);
                list_add_tail(&req->link_list, &head->link_list);
 
                /* last request of a link, enqueue the link */
@@ -6048,7 +6091,7 @@ static int io_submit_sqe(struct io_kiocb *req, const struct io_uring_sqe *sqe,
                        if (io_alloc_async_ctx(req))
                                return -EAGAIN;
 
-                       ret = io_req_defer_prep(req, sqe);
+                       ret = io_req_defer_prep(req, sqe, true);
                        if (ret)
                                req->flags |= REQ_F_FAIL_LINK;
                        *link = req;