block/blk-iolatency.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Block rq-qos base io controller
   4  *
   5  * This works similar to wbt with a few exceptions
   6  *
   7  * - It's bio based, so the latency covers the whole block layer in addition to
   8  *   the actual io.
   9  * - We will throttle all IO that comes in here if we need to.
  10  * - We use the mean latency over the 100ms window.  This is because writes can
  11  *   be particularly fast, which could give us a false sense of the impact of
  12  *   other workloads on our protected workload.
  13  * - By default there's no throttling, we set the queue_depth to UINT_MAX so
  14  *   that we can have as many outstanding bio's as we're allowed to.  Only at
  15  *   throttle time do we pay attention to the actual queue depth.
  16  *
  17  * The hierarchy works like the cpu controller does, we track the latency at
  18  * every configured node, and each configured node has it's own independent
  19  * queue depth.  This means that we only care about our latency targets at the
  20  * peer level.  Some group at the bottom of the hierarchy isn't going to affect
  21  * a group at the end of some other path if we're only configred at leaf level.
  22  *
  23  * Consider the following
  24  *
  25  *                   root blkg
  26  *             /                     \
  27  *        fast (target=5ms)     slow (target=10ms)
  28  *         /     \                  /        \
  29  *       a        b          normal(15ms)   unloved
  30  *
  31  * "a" and "b" have no target, but their combined io under "fast" cannot exceed
  32  * an average latency of 5ms.  If it does then we will throttle the "slow"
  33  * group.  In the case of "normal", if it exceeds its 15ms target, we will
  34  * throttle "unloved", but nobody else.
  35  *
  36  * In this example "fast", "slow", and "normal" will be the only groups actually
  37  * accounting their io latencies.  We have to walk up the heirarchy to the root
  38  * on every submit and complete so we can do the appropriate stat recording and
  39  * adjust the queue depth of ourselves if needed.
  40  *
  41  * There are 2 ways we throttle IO.
  42  *
  43  * 1) Queue depth throttling.  As we throttle down we will adjust the maximum
  44  * number of IO's we're allowed to have in flight.  This starts at (u64)-1 down
  45  * to 1.  If the group is only ever submitting IO for itself then this is the
  46  * only way we throttle.
  47  *
  48  * 2) Induced delay throttling.  This is for the case that a group is generating
  49  * IO that has to be issued by the root cg to avoid priority inversion. So think
  50  * REQ_META or REQ_SWAP.  If we are already at qd == 1 and we're getting a lot
  51  * of work done for us on behalf of the root cg and are being asked to scale
  52  * down more then we induce a latency at userspace return.  We accumulate the
  53  * total amount of time we need to be punished by doing
  54  *
  55  * total_time += min_lat_nsec - actual_io_completion
  56  *
  57  * and then at throttle time will do
  58  *
  59  * throttle_time = min(total_time, NSEC_PER_SEC)
  60  *
  61  * This induced delay will throttle back the activity that is generating the
  62  * root cg issued io's, wethere that's some metadata intensive operation or the
  63  * group is using so much memory that it is pushing us into swap.
  64  *
  65  * Copyright (C) 2018 Josef Bacik
  66  */
  67 #include <linux/kernel.h>
  68 #include <linux/blk_types.h>
  69 #include <linux/backing-dev.h>
  70 #include <linux/module.h>
  71 #include <linux/timer.h>
  72 #include <linux/memcontrol.h>
  73 #include <linux/sched/loadavg.h>
  74 #include <linux/sched/signal.h>
  75 #include <trace/events/block.h>
  76 #include <linux/blk-mq.h>
  77 #include "blk-rq-qos.h"
  78 #include "blk-stat.h"
  79 #include "blk.h"
  80
  81 #define DEFAULT_SCALE_COOKIE 1000000U
  82
  83 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency;
  84 struct iolatency_grp;
  85
  86 struct blk_iolatency {
  87         struct rq_qos rqos;
  88         struct timer_list timer;
  89         atomic_t enabled;
  90 };
  91
  92 static inline struct blk_iolatency *BLKIOLATENCY(struct rq_qos *rqos)
  93 {
  94         return container_of(rqos, struct blk_iolatency, rqos);
  95 }
  96
  97 static inline bool blk_iolatency_enabled(struct blk_iolatency *blkiolat)
  98 {
  99         return atomic_read(&blkiolat->enabled) > 0;
 100 }
 101
 102 struct child_latency_info {
 103         spinlock_t lock;
 104
 105         /* Last time we adjusted the scale of everybody. */
 106         u64 last_scale_event;
 107
 108         /* The latency that we missed. */
 109         u64 scale_lat;
 110
 111         /* Total io's from all of our children for the last summation. */
 112         u64 nr_samples;
 113
 114         /* The guy who actually changed the latency numbers. */
 115         struct iolatency_grp *scale_grp;
 116
 117         /* Cookie to tell if we need to scale up or down. */
 118         atomic_t scale_cookie;
 119 };
 120
 121 struct percentile_stats {
 122         u64 total;
 123         u64 missed;
 124 };
 125
 126 struct latency_stat {
 127         union {
 128                 struct percentile_stats ps;
 129                 struct blk_rq_stat rqs;
 130         };
 131 };
 132
 133 struct iolatency_grp {
 134         struct blkg_policy_data pd;
 135         struct latency_stat __percpu *stats;
 136         struct latency_stat cur_stat;
 137         struct blk_iolatency *blkiolat;
 138         struct rq_depth rq_depth;
 139         struct rq_wait rq_wait;
 140         atomic64_t window_start;
 141         atomic_t scale_cookie;
 142         u64 min_lat_nsec;
 143         u64 cur_win_nsec;
 144
 145         /* total running average of our io latency. */
 146         u64 lat_avg;
 147
 148         /* Our current number of IO's for the last summation. */
 149         u64 nr_samples;
 150
 151         bool ssd;
 152         struct child_latency_info child_lat;
 153 };
 154
 155 #define BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE (100 * NSEC_PER_MSEC)
 156 #define BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE NSEC_PER_SEC
 157 /*
 158  * These are the constants used to fake the fixed-point moving average
 159  * calculation just like load average.  The call to calc_load() folds
 160  * (FIXED_1 (2048) - exp_factor) * new_sample into lat_avg.  The sampling
 161  * window size is bucketed to try to approximately calculate average
 162  * latency such that 1/exp (decay rate) is [1 min, 2.5 min) when windows
 163  * elapse immediately.  Note, windows only elapse with IO activity.  Idle
 164  * periods extend the most recent window.
 165  */
 166 #define BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS 5
 167 #define BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE (BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE / \
 168                                       (BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1))
 169 static const u64 iolatency_exp_factors[BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS] = {
 170         2045, // exp(1/600) - 600 samples
 171         2039, // exp(1/240) - 240 samples
 172         2031, // exp(1/120) - 120 samples
 173         2023, // exp(1/80)  - 80 samples
 174         2014, // exp(1/60)  - 60 samples
 175 };
 176
 177 static inline struct iolatency_grp *pd_to_lat(struct blkg_policy_data *pd)
 178 {
 179         return pd ? container_of(pd, struct iolatency_grp, pd) : NULL;
 180 }
 181
 182 static inline struct iolatency_grp *blkg_to_lat(struct blkcg_gq *blkg)
 183 {
 184         return pd_to_lat(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_iolatency));
 185 }
 186
 187 static inline struct blkcg_gq *lat_to_blkg(struct iolatency_grp *iolat)
 188 {
 189         return pd_to_blkg(&iolat->pd);
 190 }
 191
 192 static inline void latency_stat_init(struct iolatency_grp *iolat,
 193                                      struct latency_stat *stat)
 194 {
 195         if (iolat->ssd) {
 196                 stat->ps.total = 0;
 197                 stat->ps.missed = 0;
 198         } else
 199                 blk_rq_stat_init(&stat->rqs);
 200 }
 201
 202 static inline void latency_stat_sum(struct iolatency_grp *iolat,
 203                                     struct latency_stat *sum,
 204                                     struct latency_stat *stat)
 205 {
 206         if (iolat->ssd) {
 207                 sum->ps.total += stat->ps.total;
 208                 sum->ps.missed += stat->ps.missed;
 209         } else
 210                 blk_rq_stat_sum(&sum->rqs, &stat->rqs);
 211 }
 212
 213 static inline void latency_stat_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 214                                             u64 req_time)
 215 {
 216         struct latency_stat *stat = get_cpu_ptr(iolat->stats);
 217         if (iolat->ssd) {
 218                 if (req_time >= iolat->min_lat_nsec)
 219                         stat->ps.missed++;
 220                 stat->ps.total++;
 221         } else
 222                 blk_rq_stat_add(&stat->rqs, req_time);
 223         put_cpu_ptr(stat);
 224 }
 225
 226 static inline bool latency_sum_ok(struct iolatency_grp *iolat,
 227                                   struct latency_stat *stat)
 228 {
 229         if (iolat->ssd) {
 230                 u64 thresh = div64_u64(stat->ps.total, 10);
 231                 thresh = max(thresh, 1ULL);
 232                 return stat->ps.missed < thresh;
 233         }
 234         return stat->rqs.mean <= iolat->min_lat_nsec;
 235 }
 236
 237 static inline u64 latency_stat_samples(struct iolatency_grp *iolat,
 238                                        struct latency_stat *stat)
 239 {
 240         if (iolat->ssd)
 241                 return stat->ps.total;
 242         return stat->rqs.nr_samples;
 243 }
 244
 245 static inline void iolat_update_total_lat_avg(struct iolatency_grp *iolat,
 246                                               struct latency_stat *stat)
 247 {
 248         int exp_idx;
 249
 250         if (iolat->ssd)
 251                 return;
 252
 253         /*
 254          * calc_load() takes in a number stored in fixed point representation.
 255          * Because we are using this for IO time in ns, the values stored
 256          * are significantly larger than the FIXED_1 denominator (2048).
 257          * Therefore, rounding errors in the calculation are negligible and
 258          * can be ignored.
 259          */
 260         exp_idx = min_t(int, BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1,
 261                         div64_u64(iolat->cur_win_nsec,
 262                                   BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE));
 263         iolat->lat_avg = calc_load(iolat->lat_avg,
 264                                    iolatency_exp_factors[exp_idx],
 265                                    stat->rqs.mean);
 266 }
 267
 268 static void iolat_cleanup_cb(struct rq_wait *rqw, void *private_data)
 269 {
 270         atomic_dec(&rqw->inflight);
 271         wake_up(&rqw->wait);
 272 }
 273
 274 static bool iolat_acquire_inflight(struct rq_wait *rqw, void *private_data)
 275 {
 276         struct iolatency_grp *iolat = private_data;
 277         return rq_wait_inc_below(rqw, iolat->rq_depth.max_depth);
 278 }
 279
 280 static void __blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos,
 281                                        struct iolatency_grp *iolat,
 282                                        bool issue_as_root,
 283                                        bool use_memdelay)
 284 {
 285         struct rq_wait *rqw = &iolat->rq_wait;
 286         unsigned use_delay = atomic_read(&lat_to_blkg(iolat)->use_delay);
 287
 288         if (use_delay)
 289                 blkcg_schedule_throttle(rqos->q, use_memdelay);
 290
 291         /*
 292          * To avoid priority inversions we want to just take a slot if we are
 293          * issuing as root.  If we're being killed off there's no point in
 294          * delaying things, we may have been killed by OOM so throttling may
 295          * make recovery take even longer, so just let the IO's through so the
 296          * task can go away.
 297          */
 298         if (issue_as_root || fatal_signal_pending(current)) {
 299                 atomic_inc(&rqw->inflight);
 300                 return;
 301         }
 302
 303         rq_qos_wait(rqw, iolat, iolat_acquire_inflight, iolat_cleanup_cb);
 304 }
 305
 306 #define SCALE_DOWN_FACTOR 2
 307 #define SCALE_UP_FACTOR 4
 308
 309 static inline unsigned long scale_amount(unsigned long qd, bool up)
 310 {
 311         return max(up ? qd >> SCALE_UP_FACTOR : qd >> SCALE_DOWN_FACTOR, 1UL);
 312 }
 313
 314 /*
 315  * We scale the qd down faster than we scale up, so we need to use this helper
 316  * to adjust the scale_cookie accordingly so we don't prematurely get
 317  * scale_cookie at DEFAULT_SCALE_COOKIE and unthrottle too much.
 318  *
 319  * Each group has their own local copy of the last scale cookie they saw, so if
 320  * the global scale cookie goes up or down they know which way they need to go
 321  * based on their last knowledge of it.
 322  */
 323 static void scale_cookie_change(struct blk_iolatency *blkiolat,
 324                                 struct child_latency_info *lat_info,
 325                                 bool up)
 326 {
 327         unsigned long qd = blkiolat->rqos.q->nr_requests;
 328         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 329         unsigned long old = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 330         unsigned long max_scale = qd << 1;
 331         unsigned long diff = 0;
 332
 333         if (old < DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 334                 diff = DEFAULT_SCALE_COOKIE - old;
 335
 336         if (up) {
 337                 if (scale + old > DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 338                         atomic_set(&lat_info->scale_cookie,
 339                                    DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 340                 else if (diff > qd)
 341                         atomic_inc(&lat_info->scale_cookie);
 342                 else
 343                         atomic_add(scale, &lat_info->scale_cookie);
 344         } else {
 345                 /*
 346                  * We don't want to dig a hole so deep that it takes us hours to
 347                  * dig out of it.  Just enough that we don't throttle/unthrottle
 348                  * with jagged workloads but can still unthrottle once pressure
 349                  * has sufficiently dissipated.
 350                  */
 351                 if (diff > qd) {
 352                         if (diff < max_scale)
 353                                 atomic_dec(&lat_info->scale_cookie);
 354                 } else {
 355                         atomic_sub(scale, &lat_info->scale_cookie);
 356                 }
 357         }
 358 }
 359
 360 /*
 361  * Change the queue depth of the iolatency_grp.  We add/subtract 1/16th of the
 362  * queue depth at a time so we don't get wild swings and hopefully dial in to
 363  * fairer distribution of the overall queue depth.
 364  */
 365 static void scale_change(struct iolatency_grp *iolat, bool up)
 366 {
 367         unsigned long qd = iolat->blkiolat->rqos.q->nr_requests;
 368         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 369         unsigned long old = iolat->rq_depth.max_depth;
 370
 371         if (old > qd)
 372                 old = qd;
 373
 374         if (up) {
 375                 if (old == 1 && blkcg_unuse_delay(lat_to_blkg(iolat)))
 376                         return;
 377
 378                 if (old < qd) {
 379                         old += scale;
 380                         old = min(old, qd);
 381                         iolat->rq_depth.max_depth = old;
 382                         wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 383                 }
 384         } else {
 385                 old >>= 1;
 386                 iolat->rq_depth.max_depth = max(old, 1UL);
 387         }
 388 }
 389
 390 /* Check our parent and see if the scale cookie has changed. */
 391 static void check_scale_change(struct iolatency_grp *iolat)
 392 {
 393         struct iolatency_grp *parent;
 394         struct child_latency_info *lat_info;
 395         unsigned int cur_cookie;
 396         unsigned int our_cookie = atomic_read(&iolat->scale_cookie);
 397         u64 scale_lat;
 398         unsigned int old;
 399         int direction = 0;
 400
 401         if (lat_to_blkg(iolat)->parent == NULL)
 402                 return;
 403
 404         parent = blkg_to_lat(lat_to_blkg(iolat)->parent);
 405         if (!parent)
 406                 return;
 407
 408         lat_info = &parent->child_lat;
 409         cur_cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 410         scale_lat = READ_ONCE(lat_info->scale_lat);
 411
 412         if (cur_cookie < our_cookie)
 413                 direction = -1;
 414         else if (cur_cookie > our_cookie)
 415                 direction = 1;
 416         else
 417                 return;
 418
 419         old = atomic_cmpxchg(&iolat->scale_cookie, our_cookie, cur_cookie);
 420
 421         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 422         if (old != our_cookie)
 423                 return;
 424
 425         if (direction < 0 && iolat->min_lat_nsec) {
 426                 u64 samples_thresh;
 427
 428                 if (!scale_lat || iolat->min_lat_nsec <= scale_lat)
 429                         return;
 430
 431                 /*
 432                  * Sometimes high priority groups are their own worst enemy, so
 433                  * instead of taking it out on some poor other group that did 5%
 434                  * or less of the IO's for the last summation just skip this
 435                  * scale down event.
 436                  */
 437                 samples_thresh = lat_info->nr_samples * 5;
 438                 samples_thresh = max(1ULL, div64_u64(samples_thresh, 100));
 439                 if (iolat->nr_samples <= samples_thresh)
 440                         return;
 441         }
 442
 443         /* We're as low as we can go. */
 444         if (iolat->rq_depth.max_depth == 1 && direction < 0) {
 445                 blkcg_use_delay(lat_to_blkg(iolat));
 446                 return;
 447         }
 448
 449         /* We're back to the default cookie, unthrottle all the things. */
 450         if (cur_cookie == DEFAULT_SCALE_COOKIE) {
 451                 blkcg_clear_delay(lat_to_blkg(iolat));
 452                 iolat->rq_depth.max_depth = UINT_MAX;
 453                 wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 454                 return;
 455         }
 456
 457         scale_change(iolat, direction > 0);
 458 }
 459
 460 static void blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 461 {
 462         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 463         struct blkcg_gq *blkg = bio->bi_blkg;
 464         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 465
 466         if (!blk_iolatency_enabled(blkiolat))
 467                 return;
 468
 469         while (blkg && blkg->parent) {
 470                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 471                 if (!iolat) {
 472                         blkg = blkg->parent;
 473                         continue;
 474                 }
 475
 476                 check_scale_change(iolat);
 477                 __blkcg_iolatency_throttle(rqos, iolat, issue_as_root,
 478                                      (bio->bi_opf & REQ_SWAP) == REQ_SWAP);
 479                 blkg = blkg->parent;
 480         }
 481         if (!timer_pending(&blkiolat->timer))
 482                 mod_timer(&blkiolat->timer, jiffies + HZ);
 483 }
 484
 485 static void iolatency_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 486                                   struct bio_issue *issue, u64 now,
 487                                   bool issue_as_root)
 488 {
 489         u64 start = bio_issue_time(issue);
 490         u64 req_time;
 491
 492         /*
 493          * Have to do this so we are truncated to the correct time that our
 494          * issue is truncated to.
 495          */
 496         now = __bio_issue_time(now);
 497
 498         if (now <= start)
 499                 return;
 500
 501         req_time = now - start;
 502
 503         /*
 504          * We don't want to count issue_as_root bio's in the cgroups latency
 505          * statistics as it could skew the numbers downwards.
 506          */
 507         if (unlikely(issue_as_root && iolat->rq_depth.max_depth != UINT_MAX)) {
 508                 u64 sub = iolat->min_lat_nsec;
 509                 if (req_time < sub)
 510                         blkcg_add_delay(lat_to_blkg(iolat), now, sub - req_time);
 511                 return;
 512         }
 513
 514         latency_stat_record_time(iolat, req_time);
 515 }
 516
 517 #define BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME (500 * NSEC_PER_MSEC)
 518 #define BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES 5
 519
 520 static void iolatency_check_latencies(struct iolatency_grp *iolat, u64 now)
 521 {
 522         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 523         struct iolatency_grp *parent;
 524         struct child_latency_info *lat_info;
 525         struct latency_stat stat;
 526         unsigned long flags;
 527         int cpu;
 528
 529         latency_stat_init(iolat, &stat);
 530         preempt_disable();
 531         for_each_online_cpu(cpu) {
 532                 struct latency_stat *s;
 533                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 534                 latency_stat_sum(iolat, &stat, s);
 535                 latency_stat_init(iolat, s);
 536         }
 537         preempt_enable();
 538
 539         parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
 540         if (!parent)
 541                 return;
 542
 543         lat_info = &parent->child_lat;
 544
 545         iolat_update_total_lat_avg(iolat, &stat);
 546
 547         /* Everything is ok and we don't need to adjust the scale. */
 548         if (latency_sum_ok(iolat, &stat) &&
 549             atomic_read(&lat_info->scale_cookie) == DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 550                 return;
 551
 552         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 553         spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 554
 555         latency_stat_sum(iolat, &iolat->cur_stat, &stat);
 556         lat_info->nr_samples -= iolat->nr_samples;
 557         lat_info->nr_samples += latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat);
 558         iolat->nr_samples = latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat);
 559
 560         if ((lat_info->last_scale_event >= now ||
 561             now - lat_info->last_scale_event < BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME))
 562                 goto out;
 563
 564         if (latency_sum_ok(iolat, &iolat->cur_stat) &&
 565             latency_sum_ok(iolat, &stat)) {
 566                 if (latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat) <
 567                     BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES)
 568                         goto out;
 569                 if (lat_info->scale_grp == iolat) {
 570                         lat_info->last_scale_event = now;
 571                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 572                 }
 573         } else if (lat_info->scale_lat == 0 ||
 574                    lat_info->scale_lat >= iolat->min_lat_nsec) {
 575                 lat_info->last_scale_event = now;
 576                 if (!lat_info->scale_grp ||
 577                     lat_info->scale_lat > iolat->min_lat_nsec) {
 578                         WRITE_ONCE(lat_info->scale_lat, iolat->min_lat_nsec);
 579                         lat_info->scale_grp = iolat;
 580                 }
 581                 scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, false);
 582         }
 583         latency_stat_init(iolat, &iolat->cur_stat);
 584 out:
 585         spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 586 }
 587
 588 static void blkcg_iolatency_done_bio(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 589 {
 590         struct blkcg_gq *blkg;
 591         struct rq_wait *rqw;
 592         struct iolatency_grp *iolat;
 593         u64 window_start;
 594         u64 now;
 595         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 596         bool enabled = false;
 597         int inflight = 0;
 598
 599         blkg = bio->bi_blkg;
 600         if (!blkg || !bio_flagged(bio, BIO_TRACKED))
 601                 return;
 602
 603         iolat = blkg_to_lat(bio->bi_blkg);
 604         if (!iolat)
 605                 return;
 606
 607         enabled = blk_iolatency_enabled(iolat->blkiolat);
 608         if (!enabled)
 609                 return;
 610
 611         now = ktime_to_ns(ktime_get());
 612         while (blkg && blkg->parent) {
 613                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 614                 if (!iolat) {
 615                         blkg = blkg->parent;
 616                         continue;
 617                 }
 618                 rqw = &iolat->rq_wait;
 619
 620                 inflight = atomic_dec_return(&rqw->inflight);
 621                 WARN_ON_ONCE(inflight < 0);
 622                 /*
 623                  * If bi_status is BLK_STS_AGAIN, the bio wasn't actually
 624                  * submitted, so do not account for it.
 625                  */
 626                 if (iolat->min_lat_nsec && bio->bi_status != BLK_STS_AGAIN) {
 627                         iolatency_record_time(iolat, &bio->bi_issue, now,
 628                                               issue_as_root);
 629                         window_start = atomic64_read(&iolat->window_start);
 630                         if (now > window_start &&
 631                             (now - window_start) >= iolat->cur_win_nsec) {
 632                                 if (atomic64_cmpxchg(&iolat->window_start,
 633                                              window_start, now) == window_start)
 634                                         iolatency_check_latencies(iolat, now);
 635                         }
 636                 }
 637                 wake_up(&rqw->wait);
 638                 blkg = blkg->parent;
 639         }
 640 }
 641
 642 static void blkcg_iolatency_exit(struct rq_qos *rqos)
 643 {
 644         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 645
 646         del_timer_sync(&blkiolat->timer);
 647         blkcg_deactivate_policy(rqos->q, &blkcg_policy_iolatency);
 648         kfree(blkiolat);
 649 }
 650
 651 static struct rq_qos_ops blkcg_iolatency_ops = {
 652         .throttle = blkcg_iolatency_throttle,
 653         .done_bio = blkcg_iolatency_done_bio,
 654         .exit = blkcg_iolatency_exit,
 655 };
 656
 657 static void blkiolatency_timer_fn(struct timer_list *t)
 658 {
 659         struct blk_iolatency *blkiolat = from_timer(blkiolat, t, timer);
 660         struct blkcg_gq *blkg;
 661         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
 662         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 663
 664         rcu_read_lock();
 665         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css,
 666                                      blkiolat->rqos.q->root_blkg) {
 667                 struct iolatency_grp *iolat;
 668                 struct child_latency_info *lat_info;
 669                 unsigned long flags;
 670                 u64 cookie;
 671
 672                 /*
 673                  * We could be exiting, don't access the pd unless we have a
 674                  * ref on the blkg.
 675                  */
 676                 if (!blkg_tryget(blkg))
 677                         continue;
 678
 679                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 680                 if (!iolat)
 681                         goto next;
 682
 683                 lat_info = &iolat->child_lat;
 684                 cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 685
 686                 if (cookie >= DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 687                         goto next;
 688
 689                 spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 690                 if (lat_info->last_scale_event >= now)
 691                         goto next_lock;
 692
 693                 /*
 694                  * We scaled down but don't have a scale_grp, scale up and carry
 695                  * on.
 696                  */
 697                 if (lat_info->scale_grp == NULL) {
 698                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 699                         goto next_lock;
 700                 }
 701
 702                 /*
 703                  * It's been 5 seconds since our last scale event, clear the
 704                  * scale grp in case the group that needed the scale down isn't
 705                  * doing any IO currently.
 706                  */
 707                 if (now - lat_info->last_scale_event >=
 708                     ((u64)NSEC_PER_SEC * 5))
 709                         lat_info->scale_grp = NULL;
 710 next_lock:
 711                 spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 712 next:
 713                 blkg_put(blkg);
 714         }
 715         rcu_read_unlock();
 716 }
 717
 718 int blk_iolatency_init(struct request_queue *q)
 719 {
 720         struct blk_iolatency *blkiolat;
 721         struct rq_qos *rqos;
 722         int ret;
 723
 724         blkiolat = kzalloc(sizeof(*blkiolat), GFP_KERNEL);
 725         if (!blkiolat)
 726                 return -ENOMEM;
 727
 728         rqos = &blkiolat->rqos;
 729         rqos->id = RQ_QOS_LATENCY;
 730         rqos->ops = &blkcg_iolatency_ops;
 731         rqos->q = q;
 732
 733         rq_qos_add(q, rqos);
 734
 735         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_iolatency);
 736         if (ret) {
 737                 rq_qos_del(q, rqos);
 738                 kfree(blkiolat);
 739                 return ret;
 740         }
 741
 742         timer_setup(&blkiolat->timer, blkiolatency_timer_fn, 0);
 743
 744         return 0;
 745 }
 746
 747 /*
 748  * return 1 for enabling iolatency, return -1 for disabling iolatency, otherwise
 749  * return 0.
 750  */
 751 static int iolatency_set_min_lat_nsec(struct blkcg_gq *blkg, u64 val)
 752 {
 753         struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 754         u64 oldval = iolat->min_lat_nsec;
 755
 756         iolat->min_lat_nsec = val;
 757         iolat->cur_win_nsec = max_t(u64, val << 4, BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE);
 758         iolat->cur_win_nsec = min_t(u64, iolat->cur_win_nsec,
 759                                     BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE);
 760
 761         if (!oldval && val)
 762                 return 1;
 763         if (oldval && !val) {
 764                 blkcg_clear_delay(blkg);
 765                 return -1;
 766         }
 767         return 0;
 768 }
 769
 770 static void iolatency_clear_scaling(struct blkcg_gq *blkg)
 771 {
 772         if (blkg->parent) {
 773                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg->parent);
 774                 struct child_latency_info *lat_info;
 775                 if (!iolat)
 776                         return;
 777
 778                 lat_info = &iolat->child_lat;
 779                 spin_lock(&lat_info->lock);
 780                 atomic_set(&lat_info->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 781                 lat_info->last_scale_event = 0;
 782                 lat_info->scale_grp = NULL;
 783                 lat_info->scale_lat = 0;
 784                 spin_unlock(&lat_info->lock);
 785         }
 786 }
 787
 788 static ssize_t iolatency_set_limit(struct kernfs_open_file *of, char *buf,
 789                              size_t nbytes, loff_t off)
 790 {
 791         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
 792         struct blkcg_gq *blkg;
 793         struct blkg_conf_ctx ctx;
 794         struct iolatency_grp *iolat;
 795         char *p, *tok;
 796         u64 lat_val = 0;
 797         u64 oldval;
 798         int ret;
 799         int enable = 0;
 800
 801         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_iolatency, buf, &ctx);
 802         if (ret)
 803                 return ret;
 804
 805         iolat = blkg_to_lat(ctx.blkg);
 806         p = ctx.body;
 807
 808         ret = -EINVAL;
 809         while ((tok = strsep(&p, " "))) {
 810                 char key[16];
 811                 char val[21];   /* 18446744073709551616 */
 812
 813                 if (sscanf(tok, "%15[^=]=%20s", key, val) != 2)
 814                         goto out;
 815
 816                 if (!strcmp(key, "target")) {
 817                         u64 v;
 818
 819                         if (!strcmp(val, "max"))
 820                                 lat_val = 0;
 821                         else if (sscanf(val, "%llu", &v) == 1)
 822                                 lat_val = v * NSEC_PER_USEC;
 823                         else
 824                                 goto out;
 825                 } else {
 826                         goto out;
 827                 }
 828         }
 829
 830         /* Walk up the tree to see if our new val is lower than it should be. */
 831         blkg = ctx.blkg;
 832         oldval = iolat->min_lat_nsec;
 833
 834         enable = iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, lat_val);
 835         if (enable) {
 836                 if (!blk_get_queue(blkg->q)) {
 837                         ret = -ENODEV;
 838                         goto out;
 839                 }
 840
 841                 blkg_get(blkg);
 842         }
 843
 844         if (oldval != iolat->min_lat_nsec) {
 845                 iolatency_clear_scaling(blkg);
 846         }
 847
 848         ret = 0;
 849 out:
 850         blkg_conf_finish(&ctx);
 851         if (ret == 0 && enable) {
 852                 struct iolatency_grp *tmp = blkg_to_lat(blkg);
 853                 struct blk_iolatency *blkiolat = tmp->blkiolat;
 854
 855                 blk_mq_freeze_queue(blkg->q);
 856
 857                 if (enable == 1)
 858                         atomic_inc(&blkiolat->enabled);
 859                 else if (enable == -1)
 860                         atomic_dec(&blkiolat->enabled);
 861                 else
 862                         WARN_ON_ONCE(1);
 863
 864                 blk_mq_unfreeze_queue(blkg->q);
 865
 866                 blkg_put(blkg);
 867                 blk_put_queue(blkg->q);
 868         }
 869         return ret ?: nbytes;
 870 }
 871
 872 static u64 iolatency_prfill_limit(struct seq_file *sf,
 873                                   struct blkg_policy_data *pd, int off)
 874 {
 875         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 876         const char *dname = blkg_dev_name(pd->blkg);
 877
 878         if (!dname || !iolat->min_lat_nsec)
 879                 return 0;
 880         seq_printf(sf, "%s target=%llu\n",
 881                    dname, div_u64(iolat->min_lat_nsec, NSEC_PER_USEC));
 882         return 0;
 883 }
 884
 885 static int iolatency_print_limit(struct seq_file *sf, void *v)
 886 {
 887         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)),
 888                           iolatency_prfill_limit,
 889                           &blkcg_policy_iolatency, seq_cft(sf)->private, false);
 890         return 0;
 891 }
 892
 893 static bool iolatency_ssd_stat(struct iolatency_grp *iolat, struct seq_file *s)
 894 {
 895         struct latency_stat stat;
 896         int cpu;
 897
 898         latency_stat_init(iolat, &stat);
 899         preempt_disable();
 900         for_each_online_cpu(cpu) {
 901                 struct latency_stat *s;
 902                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 903                 latency_stat_sum(iolat, &stat, s);
 904         }
 905         preempt_enable();
 906
 907         if (iolat->rq_depth.max_depth == UINT_MAX)
 908                 seq_printf(s, " missed=%llu total=%llu depth=max",
 909                         (unsigned long long)stat.ps.missed,
 910                         (unsigned long long)stat.ps.total);
 911         else
 912                 seq_printf(s, " missed=%llu total=%llu depth=%u",
 913                         (unsigned long long)stat.ps.missed,
 914                         (unsigned long long)stat.ps.total,
 915                         iolat->rq_depth.max_depth);
 916         return true;
 917 }
 918
 919 static bool iolatency_pd_stat(struct blkg_policy_data *pd, struct seq_file *s)
 920 {
 921         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 922         unsigned long long avg_lat;
 923         unsigned long long cur_win;
 924
 925         if (!blkcg_debug_stats)
 926                 return false;
 927
 928         if (iolat->ssd)
 929                 return iolatency_ssd_stat(iolat, s);
 930
 931         avg_lat = div64_u64(iolat->lat_avg, NSEC_PER_USEC);
 932         cur_win = div64_u64(iolat->cur_win_nsec, NSEC_PER_MSEC);
 933         if (iolat->rq_depth.max_depth == UINT_MAX)
 934                 seq_printf(s, " depth=max avg_lat=%llu win=%llu",
 935                         avg_lat, cur_win);
 936         else
 937                 seq_printf(s, " depth=%u avg_lat=%llu win=%llu",
 938                         iolat->rq_depth.max_depth, avg_lat, cur_win);
 939         return true;
 940 }
 941
 942 static struct blkg_policy_data *iolatency_pd_alloc(gfp_t gfp,
 943                                                    struct request_queue *q,
 944                                                    struct blkcg *blkcg)
 945 {
 946         struct iolatency_grp *iolat;
 947
 948         iolat = kzalloc_node(sizeof(*iolat), gfp, q->node);
 949         if (!iolat)
 950                 return NULL;
 951         iolat->stats = __alloc_percpu_gfp(sizeof(struct latency_stat),
 952                                        __alignof__(struct latency_stat), gfp);
 953         if (!iolat->stats) {
 954                 kfree(iolat);
 955                 return NULL;
 956         }
 957         return &iolat->pd;
 958 }
 959
 960 static void iolatency_pd_init(struct blkg_policy_data *pd)
 961 {
 962         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 963         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 964         struct rq_qos *rqos = blkcg_rq_qos(blkg->q);
 965         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 966         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 967         int cpu;
 968
 969         if (blk_queue_nonrot(blkg->q))
 970                 iolat->ssd = true;
 971         else
 972                 iolat->ssd = false;
 973
 974         for_each_possible_cpu(cpu) {
 975                 struct latency_stat *stat;
 976                 stat = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 977                 latency_stat_init(iolat, stat);
 978         }
 979
 980         latency_stat_init(iolat, &iolat->cur_stat);
 981         rq_wait_init(&iolat->rq_wait);
 982         spin_lock_init(&iolat->child_lat.lock);
 983         iolat->rq_depth.queue_depth = blkg->q->nr_requests;
 984         iolat->rq_depth.max_depth = UINT_MAX;
 985         iolat->rq_depth.default_depth = iolat->rq_depth.queue_depth;
 986         iolat->blkiolat = blkiolat;
 987         iolat->cur_win_nsec = 100 * NSEC_PER_MSEC;
 988         atomic64_set(&iolat->window_start, now);
 989
 990         /*
 991          * We init things in list order, so the pd for the parent may not be
 992          * init'ed yet for whatever reason.
 993          */
 994         if (blkg->parent && blkg_to_pd(blkg->parent, &blkcg_policy_iolatency)) {
 995                 struct iolatency_grp *parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
 996                 atomic_set(&iolat->scale_cookie,
 997                            atomic_read(&parent->child_lat.scale_cookie));
 998         } else {
 999                 atomic_set(&iolat->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
1000         }
1001
1002         atomic_set(&iolat->child_lat.scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
1003 }
1004
1005 static void iolatency_pd_offline(struct blkg_policy_data *pd)
1006 {
1007         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
1008         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
1009         struct blk_iolatency *blkiolat = iolat->blkiolat;
1010         int ret;
1011
1012         ret = iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, 0);
1013         if (ret == 1)
1014                 atomic_inc(&blkiolat->enabled);
1015         if (ret == -1)
1016                 atomic_dec(&blkiolat->enabled);
1017         iolatency_clear_scaling(blkg);
1018 }
1019
1020 static void iolatency_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
1021 {
1022         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
1023         free_percpu(iolat->stats);
1024         kfree(iolat);
1025 }
1026
1027 static struct cftype iolatency_files[] = {
1028         {
1029                 .name = "latency",
1030                 .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
1031                 .seq_show = iolatency_print_limit,
1032                 .write = iolatency_set_limit,
1033         },
1034         {}
1035 };
1036
1037 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency = {
1038         .dfl_cftypes    = iolatency_files,
1039         .pd_alloc_fn    = iolatency_pd_alloc,
1040         .pd_init_fn     = iolatency_pd_init,
1041         .pd_offline_fn  = iolatency_pd_offline,
1042         .pd_free_fn     = iolatency_pd_free,
1043         .pd_stat_fn     = iolatency_pd_stat,
1044 };
1045
1046 static int __init iolatency_init(void)
1047 {
1048         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_iolatency);
1049 }
1050
1051 static void __exit iolatency_exit(void)
1052 {
1053         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_iolatency);
1054 }
1055
1056 module_init(iolatency_init);
1057 module_exit(iolatency_exit);