fs/io-wq.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Basic worker thread pool for io_uring
   4  *
   5  * Copyright (C) 2019 Jens Axboe
   6  *
   7  */
   8 #include <linux/kernel.h>
   9 #include <linux/init.h>
  10 #include <linux/errno.h>
  11 #include <linux/sched/signal.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/sched/mm.h>
  14 #include <linux/percpu.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/rculist_nulls.h>
  17 #include <linux/cpu.h>
  18 #include <linux/tracehook.h>
  19 #include <linux/freezer.h>
  20
  21 #include "../kernel/sched/sched.h"
  22 #include "io-wq.h"
  23
  24 #define WORKER_IDLE_TIMEOUT     (5 * HZ)
  25
  26 enum {
  27         IO_WORKER_F_UP          = 1,    /* up and active */
  28         IO_WORKER_F_RUNNING     = 2,    /* account as running */
  29         IO_WORKER_F_FREE        = 4,    /* worker on free list */
  30         IO_WORKER_F_FIXED       = 8,    /* static idle worker */
  31         IO_WORKER_F_BOUND       = 16,   /* is doing bounded work */
  32 };
  33
  34 enum {
  35         IO_WQ_BIT_EXIT          = 0,    /* wq exiting */
  36 };
  37
  38 enum {
  39         IO_WQE_FLAG_STALLED     = 1,    /* stalled on hash */
  40 };
  41
  42 /*
  43  * One for each thread in a wqe pool
  44  */
  45 struct io_worker {
  46         refcount_t ref;
  47         unsigned flags;
  48         struct hlist_nulls_node nulls_node;
  49         struct list_head all_list;
  50         struct task_struct *task;
  51         struct io_wqe *wqe;
  52
  53         struct io_wq_work *cur_work;
  54         spinlock_t lock;
  55
  56         struct completion ref_done;
  57
  58         struct rcu_head rcu;
  59 };
  60
  61 #if BITS_PER_LONG == 64
  62 #define IO_WQ_HASH_ORDER        6
  63 #else
  64 #define IO_WQ_HASH_ORDER        5
  65 #endif
  66
  67 #define IO_WQ_NR_HASH_BUCKETS   (1u << IO_WQ_HASH_ORDER)
  68
  69 struct io_wqe_acct {
  70         unsigned nr_workers;
  71         unsigned max_workers;
  72         atomic_t nr_running;
  73 };
  74
  75 enum {
  76         IO_WQ_ACCT_BOUND,
  77         IO_WQ_ACCT_UNBOUND,
  78 };
  79
  80 /*
  81  * Per-node worker thread pool
  82  */
  83 struct io_wqe {
  84         struct {
  85                 raw_spinlock_t lock;
  86                 struct io_wq_work_list work_list;
  87                 unsigned flags;
  88         } ____cacheline_aligned_in_smp;
  89
  90         int node;
  91         struct io_wqe_acct acct[2];
  92
  93         struct hlist_nulls_head free_list;
  94         struct list_head all_list;
  95
  96         struct wait_queue_entry wait;
  97
  98         struct io_wq *wq;
  99         struct io_wq_work *hash_tail[IO_WQ_NR_HASH_BUCKETS];
 100 };
 101
 102 /*
 103  * Per io_wq state
 104   */
 105 struct io_wq {
 106         struct io_wqe **wqes;
 107         unsigned long state;
 108
 109         free_work_fn *free_work;
 110         io_wq_work_fn *do_work;
 111
 112         struct task_struct *manager;
 113
 114         struct io_wq_hash *hash;
 115
 116         refcount_t refs;
 117         struct completion exited;
 118
 119         atomic_t worker_refs;
 120         struct completion worker_done;
 121
 122         struct hlist_node cpuhp_node;
 123
 124         pid_t task_pid;
 125 };
 126
 127 static enum cpuhp_state io_wq_online;
 128
 129 struct io_cb_cancel_data {
 130         work_cancel_fn *fn;
 131         void *data;
 132         int nr_running;
 133         int nr_pending;
 134         bool cancel_all;
 135 };
 136
 137 static void io_wqe_cancel_pending_work(struct io_wqe *wqe,
 138                                        struct io_cb_cancel_data *match);
 139
 140 static bool io_worker_get(struct io_worker *worker)
 141 {
 142         return refcount_inc_not_zero(&worker->ref);
 143 }
 144
 145 static void io_worker_release(struct io_worker *worker)
 146 {
 147         if (refcount_dec_and_test(&worker->ref))
 148                 complete(&worker->ref_done);
 149 }
 150
 151 static inline struct io_wqe_acct *io_work_get_acct(struct io_wqe *wqe,
 152                                                    struct io_wq_work *work)
 153 {
 154         if (work->flags & IO_WQ_WORK_UNBOUND)
 155                 return &wqe->acct[IO_WQ_ACCT_UNBOUND];
 156
 157         return &wqe->acct[IO_WQ_ACCT_BOUND];
 158 }
 159
 160 static inline struct io_wqe_acct *io_wqe_get_acct(struct io_worker *worker)
 161 {
 162         struct io_wqe *wqe = worker->wqe;
 163
 164         if (worker->flags & IO_WORKER_F_BOUND)
 165                 return &wqe->acct[IO_WQ_ACCT_BOUND];
 166
 167         return &wqe->acct[IO_WQ_ACCT_UNBOUND];
 168 }
 169
 170 static void io_worker_exit(struct io_worker *worker)
 171 {
 172         struct io_wqe *wqe = worker->wqe;
 173         struct io_wqe_acct *acct = io_wqe_get_acct(worker);
 174         unsigned flags;
 175
 176         if (refcount_dec_and_test(&worker->ref))
 177                 complete(&worker->ref_done);
 178         wait_for_completion(&worker->ref_done);
 179
 180         preempt_disable();
 181         current->flags &= ~PF_IO_WORKER;
 182         flags = worker->flags;
 183         worker->flags = 0;
 184         if (flags & IO_WORKER_F_RUNNING)
 185                 atomic_dec(&acct->nr_running);
 186         worker->flags = 0;
 187         preempt_enable();
 188
 189         raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 190         if (flags & IO_WORKER_F_FREE)
 191                 hlist_nulls_del_rcu(&worker->nulls_node);
 192         list_del_rcu(&worker->all_list);
 193         acct->nr_workers--;
 194         raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 195
 196         kfree_rcu(worker, rcu);
 197         if (atomic_dec_and_test(&wqe->wq->worker_refs))
 198                 complete(&wqe->wq->worker_done);
 199         do_exit(0);
 200 }
 201
 202 static inline bool io_wqe_run_queue(struct io_wqe *wqe)
 203         __must_hold(wqe->lock)
 204 {
 205         if (!wq_list_empty(&wqe->work_list) &&
 206             !(wqe->flags & IO_WQE_FLAG_STALLED))
 207                 return true;
 208         return false;
 209 }
 210
 211 /*
 212  * Check head of free list for an available worker. If one isn't available,
 213  * caller must wake up the wq manager to create one.
 214  */
 215 static bool io_wqe_activate_free_worker(struct io_wqe *wqe)
 216         __must_hold(RCU)
 217 {
 218         struct hlist_nulls_node *n;
 219         struct io_worker *worker;
 220
 221         n = rcu_dereference(hlist_nulls_first_rcu(&wqe->free_list));
 222         if (is_a_nulls(n))
 223                 return false;
 224
 225         worker = hlist_nulls_entry(n, struct io_worker, nulls_node);
 226         if (io_worker_get(worker)) {
 227                 wake_up_process(worker->task);
 228                 io_worker_release(worker);
 229                 return true;
 230         }
 231
 232         return false;
 233 }
 234
 235 /*
 236  * We need a worker. If we find a free one, we're good. If not, and we're
 237  * below the max number of workers, wake up the manager to create one.
 238  */
 239 static void io_wqe_wake_worker(struct io_wqe *wqe, struct io_wqe_acct *acct)
 240 {
 241         bool ret;
 242
 243         /*
 244          * Most likely an attempt to queue unbounded work on an io_wq that
 245          * wasn't setup with any unbounded workers.
 246          */
 247         WARN_ON_ONCE(!acct->max_workers);
 248
 249         rcu_read_lock();
 250         ret = io_wqe_activate_free_worker(wqe);
 251         rcu_read_unlock();
 252
 253         if (!ret && acct->nr_workers < acct->max_workers)
 254                 wake_up_process(wqe->wq->manager);
 255 }
 256
 257 static void io_wqe_inc_running(struct io_worker *worker)
 258 {
 259         struct io_wqe_acct *acct = io_wqe_get_acct(worker);
 260
 261         atomic_inc(&acct->nr_running);
 262 }
 263
 264 static void io_wqe_dec_running(struct io_worker *worker)
 265         __must_hold(wqe->lock)
 266 {
 267         struct io_wqe_acct *acct = io_wqe_get_acct(worker);
 268         struct io_wqe *wqe = worker->wqe;
 269
 270         if (atomic_dec_and_test(&acct->nr_running) && io_wqe_run_queue(wqe))
 271                 io_wqe_wake_worker(wqe, acct);
 272 }
 273
 274 /*
 275  * Worker will start processing some work. Move it to the busy list, if
 276  * it's currently on the freelist
 277  */
 278 static void __io_worker_busy(struct io_wqe *wqe, struct io_worker *worker,
 279                              struct io_wq_work *work)
 280         __must_hold(wqe->lock)
 281 {
 282         bool worker_bound, work_bound;
 283
 284         if (worker->flags & IO_WORKER_F_FREE) {
 285                 worker->flags &= ~IO_WORKER_F_FREE;
 286                 hlist_nulls_del_init_rcu(&worker->nulls_node);
 287         }
 288
 289         /*
 290          * If worker is moving from bound to unbound (or vice versa), then
 291          * ensure we update the running accounting.
 292          */
 293         worker_bound = (worker->flags & IO_WORKER_F_BOUND) != 0;
 294         work_bound = (work->flags & IO_WQ_WORK_UNBOUND) == 0;
 295         if (worker_bound != work_bound) {
 296                 io_wqe_dec_running(worker);
 297                 if (work_bound) {
 298                         worker->flags |= IO_WORKER_F_BOUND;
 299                         wqe->acct[IO_WQ_ACCT_UNBOUND].nr_workers--;
 300                         wqe->acct[IO_WQ_ACCT_BOUND].nr_workers++;
 301                 } else {
 302                         worker->flags &= ~IO_WORKER_F_BOUND;
 303                         wqe->acct[IO_WQ_ACCT_UNBOUND].nr_workers++;
 304                         wqe->acct[IO_WQ_ACCT_BOUND].nr_workers--;
 305                 }
 306                 io_wqe_inc_running(worker);
 307          }
 308 }
 309
 310 /*
 311  * No work, worker going to sleep. Move to freelist, and unuse mm if we
 312  * have one attached. Dropping the mm may potentially sleep, so we drop
 313  * the lock in that case and return success. Since the caller has to
 314  * retry the loop in that case (we changed task state), we don't regrab
 315  * the lock if we return success.
 316  */
 317 static void __io_worker_idle(struct io_wqe *wqe, struct io_worker *worker)
 318         __must_hold(wqe->lock)
 319 {
 320         if (!(worker->flags & IO_WORKER_F_FREE)) {
 321                 worker->flags |= IO_WORKER_F_FREE;
 322                 hlist_nulls_add_head_rcu(&worker->nulls_node, &wqe->free_list);
 323         }
 324 }
 325
 326 static inline unsigned int io_get_work_hash(struct io_wq_work *work)
 327 {
 328         return work->flags >> IO_WQ_HASH_SHIFT;
 329 }
 330
 331 static void io_wait_on_hash(struct io_wqe *wqe, unsigned int hash)
 332 {
 333         struct io_wq *wq = wqe->wq;
 334
 335         spin_lock(&wq->hash->wait.lock);
 336         if (list_empty(&wqe->wait.entry)) {
 337                 __add_wait_queue(&wq->hash->wait, &wqe->wait);
 338                 if (!test_bit(hash, &wq->hash->map)) {
 339                         __set_current_state(TASK_RUNNING);
 340                         list_del_init(&wqe->wait.entry);
 341                 }
 342         }
 343         spin_unlock(&wq->hash->wait.lock);
 344 }
 345
 346 static struct io_wq_work *io_get_next_work(struct io_wqe *wqe)
 347         __must_hold(wqe->lock)
 348 {
 349         struct io_wq_work_node *node, *prev;
 350         struct io_wq_work *work, *tail;
 351         unsigned int stall_hash = -1U;
 352
 353         wq_list_for_each(node, prev, &wqe->work_list) {
 354                 unsigned int hash;
 355
 356                 work = container_of(node, struct io_wq_work, list);
 357
 358                 /* not hashed, can run anytime */
 359                 if (!io_wq_is_hashed(work)) {
 360                         wq_list_del(&wqe->work_list, node, prev);
 361                         return work;
 362                 }
 363
 364                 hash = io_get_work_hash(work);
 365                 /* all items with this hash lie in [work, tail] */
 366                 tail = wqe->hash_tail[hash];
 367
 368                 /* hashed, can run if not already running */
 369                 if (!test_and_set_bit(hash, &wqe->wq->hash->map)) {
 370                         wqe->hash_tail[hash] = NULL;
 371                         wq_list_cut(&wqe->work_list, &tail->list, prev);
 372                         return work;
 373                 }
 374                 if (stall_hash == -1U)
 375                         stall_hash = hash;
 376                 /* fast forward to a next hash, for-each will fix up @prev */
 377                 node = &tail->list;
 378         }
 379
 380         if (stall_hash != -1U) {
 381                 raw_spin_unlock(&wqe->lock);
 382                 io_wait_on_hash(wqe, stall_hash);
 383                 raw_spin_lock(&wqe->lock);
 384         }
 385
 386         return NULL;
 387 }
 388
 389 static void io_flush_signals(void)
 390 {
 391         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(current, TIF_NOTIFY_SIGNAL))) {
 392                 if (current->task_works)
 393                         task_work_run();
 394                 clear_tsk_thread_flag(current, TIF_NOTIFY_SIGNAL);
 395         }
 396 }
 397
 398 static void io_assign_current_work(struct io_worker *worker,
 399                                    struct io_wq_work *work)
 400 {
 401         if (work) {
 402                 io_flush_signals();
 403                 cond_resched();
 404         }
 405
 406         spin_lock_irq(&worker->lock);
 407         worker->cur_work = work;
 408         spin_unlock_irq(&worker->lock);
 409 }
 410
 411 static void io_wqe_enqueue(struct io_wqe *wqe, struct io_wq_work *work);
 412
 413 static void io_worker_handle_work(struct io_worker *worker)
 414         __releases(wqe->lock)
 415 {
 416         struct io_wqe *wqe = worker->wqe;
 417         struct io_wq *wq = wqe->wq;
 418
 419         do {
 420                 struct io_wq_work *work;
 421 get_next:
 422                 /*
 423                  * If we got some work, mark us as busy. If we didn't, but
 424                  * the list isn't empty, it means we stalled on hashed work.
 425                  * Mark us stalled so we don't keep looking for work when we
 426                  * can't make progress, any work completion or insertion will
 427                  * clear the stalled flag.
 428                  */
 429                 work = io_get_next_work(wqe);
 430                 if (work)
 431                         __io_worker_busy(wqe, worker, work);
 432                 else if (!wq_list_empty(&wqe->work_list))
 433                         wqe->flags |= IO_WQE_FLAG_STALLED;
 434
 435                 raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 436                 if (!work)
 437                         break;
 438                 io_assign_current_work(worker, work);
 439                 __set_current_state(TASK_RUNNING);
 440
 441                 /* handle a whole dependent link */
 442                 do {
 443                         struct io_wq_work *next_hashed, *linked;
 444                         unsigned int hash = io_get_work_hash(work);
 445
 446                         next_hashed = wq_next_work(work);
 447                         wq->do_work(work);
 448                         io_assign_current_work(worker, NULL);
 449
 450                         linked = wq->free_work(work);
 451                         work = next_hashed;
 452                         if (!work && linked && !io_wq_is_hashed(linked)) {
 453                                 work = linked;
 454                                 linked = NULL;
 455                         }
 456                         io_assign_current_work(worker, work);
 457                         if (linked)
 458                                 io_wqe_enqueue(wqe, linked);
 459
 460                         if (hash != -1U && !next_hashed) {
 461                                 clear_bit(hash, &wq->hash->map);
 462                                 if (wq_has_sleeper(&wq->hash->wait))
 463                                         wake_up(&wq->hash->wait);
 464                                 raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 465                                 wqe->flags &= ~IO_WQE_FLAG_STALLED;
 466                                 /* skip unnecessary unlock-lock wqe->lock */
 467                                 if (!work)
 468                                         goto get_next;
 469                                 raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 470                         }
 471                 } while (work);
 472
 473                 raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 474         } while (1);
 475 }
 476
 477 static int io_wqe_worker(void *data)
 478 {
 479         struct io_worker *worker = data;
 480         struct io_wqe *wqe = worker->wqe;
 481         struct io_wq *wq = wqe->wq;
 482         char buf[TASK_COMM_LEN];
 483
 484         worker->flags |= (IO_WORKER_F_UP | IO_WORKER_F_RUNNING);
 485         io_wqe_inc_running(worker);
 486
 487         sprintf(buf, "iou-wrk-%d", wq->task_pid);
 488         set_task_comm(current, buf);
 489
 490         while (!test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state)) {
 491                 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
 492 loop:
 493                 raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 494                 if (io_wqe_run_queue(wqe)) {
 495                         io_worker_handle_work(worker);
 496                         goto loop;
 497                 }
 498                 __io_worker_idle(wqe, worker);
 499                 raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 500                 io_flush_signals();
 501                 if (schedule_timeout(WORKER_IDLE_TIMEOUT))
 502                         continue;
 503                 if (fatal_signal_pending(current))
 504                         break;
 505                 /* timed out, exit unless we're the fixed worker */
 506                 if (test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state) ||
 507                     !(worker->flags & IO_WORKER_F_FIXED))
 508                         break;
 509         }
 510
 511         if (test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state)) {
 512                 raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 513                 if (!wq_list_empty(&wqe->work_list))
 514                         io_worker_handle_work(worker);
 515                 else
 516                         raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 517         }
 518
 519         io_worker_exit(worker);
 520         return 0;
 521 }
 522
 523 /*
 524  * Called when a worker is scheduled in. Mark us as currently running.
 525  */
 526 void io_wq_worker_running(struct task_struct *tsk)
 527 {
 528         struct io_worker *worker = tsk->pf_io_worker;
 529
 530         if (!worker)
 531                 return;
 532         if (!(worker->flags & IO_WORKER_F_UP))
 533                 return;
 534         if (worker->flags & IO_WORKER_F_RUNNING)
 535                 return;
 536         worker->flags |= IO_WORKER_F_RUNNING;
 537         io_wqe_inc_running(worker);
 538 }
 539
 540 /*
 541  * Called when worker is going to sleep. If there are no workers currently
 542  * running and we have work pending, wake up a free one or have the manager
 543  * set one up.
 544  */
 545 void io_wq_worker_sleeping(struct task_struct *tsk)
 546 {
 547         struct io_worker *worker = tsk->pf_io_worker;
 548
 549         if (!worker)
 550                 return;
 551         if (!(worker->flags & IO_WORKER_F_UP))
 552                 return;
 553         if (!(worker->flags & IO_WORKER_F_RUNNING))
 554                 return;
 555
 556         worker->flags &= ~IO_WORKER_F_RUNNING;
 557
 558         raw_spin_lock_irq(&worker->wqe->lock);
 559         io_wqe_dec_running(worker);
 560         raw_spin_unlock_irq(&worker->wqe->lock);
 561 }
 562
 563 static bool create_io_worker(struct io_wq *wq, struct io_wqe *wqe, int index)
 564 {
 565         struct io_wqe_acct *acct = &wqe->acct[index];
 566         struct io_worker *worker;
 567         struct task_struct *tsk;
 568
 569         __set_current_state(TASK_RUNNING);
 570
 571         worker = kzalloc_node(sizeof(*worker), GFP_KERNEL, wqe->node);
 572         if (!worker)
 573                 return false;
 574
 575         refcount_set(&worker->ref, 1);
 576         worker->nulls_node.pprev = NULL;
 577         worker->wqe = wqe;
 578         spin_lock_init(&worker->lock);
 579         init_completion(&worker->ref_done);
 580
 581         atomic_inc(&wq->worker_refs);
 582
 583         tsk = create_io_thread(io_wqe_worker, worker, wqe->node);
 584         if (IS_ERR(tsk)) {
 585                 if (atomic_dec_and_test(&wq->worker_refs))
 586                         complete(&wq->worker_done);
 587                 kfree(worker);
 588                 return false;
 589         }
 590
 591         tsk->pf_io_worker = worker;
 592         worker->task = tsk;
 593         set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask_of_node(wqe->node));
 594         tsk->flags |= PF_NO_SETAFFINITY;
 595
 596         raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 597         hlist_nulls_add_head_rcu(&worker->nulls_node, &wqe->free_list);
 598         list_add_tail_rcu(&worker->all_list, &wqe->all_list);
 599         worker->flags |= IO_WORKER_F_FREE;
 600         if (index == IO_WQ_ACCT_BOUND)
 601                 worker->flags |= IO_WORKER_F_BOUND;
 602         if (!acct->nr_workers && (worker->flags & IO_WORKER_F_BOUND))
 603                 worker->flags |= IO_WORKER_F_FIXED;
 604         acct->nr_workers++;
 605         raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 606         wake_up_new_task(tsk);
 607         return true;
 608 }
 609
 610 static inline bool io_wqe_need_worker(struct io_wqe *wqe, int index)
 611         __must_hold(wqe->lock)
 612 {
 613         struct io_wqe_acct *acct = &wqe->acct[index];
 614
 615         if (acct->nr_workers && test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wqe->wq->state))
 616                 return false;
 617         /* if we have available workers or no work, no need */
 618         if (!hlist_nulls_empty(&wqe->free_list) || !io_wqe_run_queue(wqe))
 619                 return false;
 620         return acct->nr_workers < acct->max_workers;
 621 }
 622
 623 /*
 624  * Iterate the passed in list and call the specific function for each
 625  * worker that isn't exiting
 626  */
 627 static bool io_wq_for_each_worker(struct io_wqe *wqe,
 628                                   bool (*func)(struct io_worker *, void *),
 629                                   void *data)
 630 {
 631         struct io_worker *worker;
 632         bool ret = false;
 633
 634         list_for_each_entry_rcu(worker, &wqe->all_list, all_list) {
 635                 if (io_worker_get(worker)) {
 636                         /* no task if node is/was offline */
 637                         if (worker->task)
 638                                 ret = func(worker, data);
 639                         io_worker_release(worker);
 640                         if (ret)
 641                                 break;
 642                 }
 643         }
 644
 645         return ret;
 646 }
 647
 648 static bool io_wq_worker_wake(struct io_worker *worker, void *data)
 649 {
 650         set_notify_signal(worker->task);
 651         wake_up_process(worker->task);
 652         return false;
 653 }
 654
 655 static void io_wq_check_workers(struct io_wq *wq)
 656 {
 657         int node;
 658
 659         for_each_node(node) {
 660                 struct io_wqe *wqe = wq->wqes[node];
 661                 bool fork_worker[2] = { false, false };
 662
 663                 if (!node_online(node))
 664                         continue;
 665
 666                 raw_spin_lock_irq(&wqe->lock);
 667                 if (io_wqe_need_worker(wqe, IO_WQ_ACCT_BOUND))
 668                         fork_worker[IO_WQ_ACCT_BOUND] = true;
 669                 if (io_wqe_need_worker(wqe, IO_WQ_ACCT_UNBOUND))
 670                         fork_worker[IO_WQ_ACCT_UNBOUND] = true;
 671                 raw_spin_unlock_irq(&wqe->lock);
 672                 if (fork_worker[IO_WQ_ACCT_BOUND])
 673                         create_io_worker(wq, wqe, IO_WQ_ACCT_BOUND);
 674                 if (fork_worker[IO_WQ_ACCT_UNBOUND])
 675                         create_io_worker(wq, wqe, IO_WQ_ACCT_UNBOUND);
 676         }
 677 }
 678
 679 static bool io_wq_work_match_all(struct io_wq_work *work, void *data)
 680 {
 681         return true;
 682 }
 683
 684 static void io_wq_cancel_pending(struct io_wq *wq)
 685 {
 686         struct io_cb_cancel_data match = {
 687                 .fn             = io_wq_work_match_all,
 688                 .cancel_all     = true,
 689         };
 690         int node;
 691
 692         for_each_node(node)
 693                 io_wqe_cancel_pending_work(wq->wqes[node], &match);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Manager thread. Tasked with creating new workers, if we need them.
 698  */
 699 static int io_wq_manager(void *data)
 700 {
 701         struct io_wq *wq = data;
 702         char buf[TASK_COMM_LEN];
 703         int node;
 704
 705         sprintf(buf, "iou-mgr-%d", wq->task_pid);
 706         set_task_comm(current, buf);
 707
 708         do {
 709                 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
 710                 io_wq_check_workers(wq);
 711                 schedule_timeout(HZ);
 712                 if (fatal_signal_pending(current))
 713                         set_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state);
 714         } while (!test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state));
 715
 716         io_wq_check_workers(wq);
 717
 718         rcu_read_lock();
 719         for_each_node(node)
 720                 io_wq_for_each_worker(wq->wqes[node], io_wq_worker_wake, NULL);
 721         rcu_read_unlock();
 722
 723         if (atomic_dec_and_test(&wq->worker_refs))
 724                 complete(&wq->worker_done);
 725         wait_for_completion(&wq->worker_done);
 726
 727         spin_lock_irq(&wq->hash->wait.lock);
 728         for_each_node(node)
 729                 list_del_init(&wq->wqes[node]->wait.entry);
 730         spin_unlock_irq(&wq->hash->wait.lock);
 731
 732         io_wq_cancel_pending(wq);
 733         complete(&wq->exited);
 734         do_exit(0);
 735 }
 736
 737 static void io_run_cancel(struct io_wq_work *work, struct io_wqe *wqe)
 738 {
 739         struct io_wq *wq = wqe->wq;
 740
 741         do {
 742                 work->flags |= IO_WQ_WORK_CANCEL;
 743                 wq->do_work(work);
 744                 work = wq->free_work(work);
 745         } while (work);
 746 }
 747
 748 static void io_wqe_insert_work(struct io_wqe *wqe, struct io_wq_work *work)
 749 {
 750         unsigned int hash;
 751         struct io_wq_work *tail;
 752
 753         if (!io_wq_is_hashed(work)) {
 754 append:
 755                 wq_list_add_tail(&work->list, &wqe->work_list);
 756                 return;
 757         }
 758
 759         hash = io_get_work_hash(work);
 760         tail = wqe->hash_tail[hash];
 761         wqe->hash_tail[hash] = work;
 762         if (!tail)
 763                 goto append;
 764
 765         wq_list_add_after(&work->list, &tail->list, &wqe->work_list);
 766 }
 767
 768 static int io_wq_fork_manager(struct io_wq *wq)
 769 {
 770         struct task_struct *tsk;
 771
 772         if (wq->manager)
 773                 return 0;
 774
 775         WARN_ON_ONCE(test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state));
 776
 777         init_completion(&wq->worker_done);
 778         atomic_set(&wq->worker_refs, 1);
 779         tsk = create_io_thread(io_wq_manager, wq, NUMA_NO_NODE);
 780         if (!IS_ERR(tsk)) {
 781                 wq->manager = get_task_struct(tsk);
 782                 wake_up_new_task(tsk);
 783                 return 0;
 784         }
 785
 786         if (atomic_dec_and_test(&wq->worker_refs))
 787                 complete(&wq->worker_done);
 788
 789         return PTR_ERR(tsk);
 790 }
 791
 792 static void io_wqe_enqueue(struct io_wqe *wqe, struct io_wq_work *work)
 793 {
 794         struct io_wqe_acct *acct = io_work_get_acct(wqe, work);
 795         int work_flags;
 796         unsigned long flags;
 797
 798         /* Can only happen if manager creation fails after exec */
 799         if (io_wq_fork_manager(wqe->wq) ||
 800             test_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wqe->wq->state)) {
 801                 io_run_cancel(work, wqe);
 802                 return;
 803         }
 804
 805         work_flags = work->flags;
 806         raw_spin_lock_irqsave(&wqe->lock, flags);
 807         io_wqe_insert_work(wqe, work);
 808         wqe->flags &= ~IO_WQE_FLAG_STALLED;
 809         raw_spin_unlock_irqrestore(&wqe->lock, flags);
 810
 811         if ((work_flags & IO_WQ_WORK_CONCURRENT) ||
 812             !atomic_read(&acct->nr_running))
 813                 io_wqe_wake_worker(wqe, acct);
 814 }
 815
 816 void io_wq_enqueue(struct io_wq *wq, struct io_wq_work *work)
 817 {
 818         struct io_wqe *wqe = wq->wqes[numa_node_id()];
 819
 820         io_wqe_enqueue(wqe, work);
 821 }
 822
 823 /*
 824  * Work items that hash to the same value will not be done in parallel.
 825  * Used to limit concurrent writes, generally hashed by inode.
 826  */
 827 void io_wq_hash_work(struct io_wq_work *work, void *val)
 828 {
 829         unsigned int bit;
 830
 831         bit = hash_ptr(val, IO_WQ_HASH_ORDER);
 832         work->flags |= (IO_WQ_WORK_HASHED | (bit << IO_WQ_HASH_SHIFT));
 833 }
 834
 835 static bool io_wq_worker_cancel(struct io_worker *worker, void *data)
 836 {
 837         struct io_cb_cancel_data *match = data;
 838         unsigned long flags;
 839
 840         /*
 841          * Hold the lock to avoid ->cur_work going out of scope, caller
 842          * may dereference the passed in work.
 843          */
 844         spin_lock_irqsave(&worker->lock, flags);
 845         if (worker->cur_work &&
 846             match->fn(worker->cur_work, match->data)) {
 847                 set_notify_signal(worker->task);
 848                 match->nr_running++;
 849         }
 850         spin_unlock_irqrestore(&worker->lock, flags);
 851
 852         return match->nr_running && !match->cancel_all;
 853 }
 854
 855 static inline void io_wqe_remove_pending(struct io_wqe *wqe,
 856                                          struct io_wq_work *work,
 857                                          struct io_wq_work_node *prev)
 858 {
 859         unsigned int hash = io_get_work_hash(work);
 860         struct io_wq_work *prev_work = NULL;
 861
 862         if (io_wq_is_hashed(work) && work == wqe->hash_tail[hash]) {
 863                 if (prev)
 864                         prev_work = container_of(prev, struct io_wq_work, list);
 865                 if (prev_work && io_get_work_hash(prev_work) == hash)
 866                         wqe->hash_tail[hash] = prev_work;
 867                 else
 868                         wqe->hash_tail[hash] = NULL;
 869         }
 870         wq_list_del(&wqe->work_list, &work->list, prev);
 871 }
 872
 873 static void io_wqe_cancel_pending_work(struct io_wqe *wqe,
 874                                        struct io_cb_cancel_data *match)
 875 {
 876         struct io_wq_work_node *node, *prev;
 877         struct io_wq_work *work;
 878         unsigned long flags;
 879
 880 retry:
 881         raw_spin_lock_irqsave(&wqe->lock, flags);
 882         wq_list_for_each(node, prev, &wqe->work_list) {
 883                 work = container_of(node, struct io_wq_work, list);
 884                 if (!match->fn(work, match->data))
 885                         continue;
 886                 io_wqe_remove_pending(wqe, work, prev);
 887                 raw_spin_unlock_irqrestore(&wqe->lock, flags);
 888                 io_run_cancel(work, wqe);
 889                 match->nr_pending++;
 890                 if (!match->cancel_all)
 891                         return;
 892
 893                 /* not safe to continue after unlock */
 894                 goto retry;
 895         }
 896         raw_spin_unlock_irqrestore(&wqe->lock, flags);
 897 }
 898
 899 static void io_wqe_cancel_running_work(struct io_wqe *wqe,
 900                                        struct io_cb_cancel_data *match)
 901 {
 902         rcu_read_lock();
 903         io_wq_for_each_worker(wqe, io_wq_worker_cancel, match);
 904         rcu_read_unlock();
 905 }
 906
 907 enum io_wq_cancel io_wq_cancel_cb(struct io_wq *wq, work_cancel_fn *cancel,
 908                                   void *data, bool cancel_all)
 909 {
 910         struct io_cb_cancel_data match = {
 911                 .fn             = cancel,
 912                 .data           = data,
 913                 .cancel_all     = cancel_all,
 914         };
 915         int node;
 916
 917         /*
 918          * First check pending list, if we're lucky we can just remove it
 919          * from there. CANCEL_OK means that the work is returned as-new,
 920          * no completion will be posted for it.
 921          */
 922         for_each_node(node) {
 923                 struct io_wqe *wqe = wq->wqes[node];
 924
 925                 io_wqe_cancel_pending_work(wqe, &match);
 926                 if (match.nr_pending && !match.cancel_all)
 927                         return IO_WQ_CANCEL_OK;
 928         }
 929
 930         /*
 931          * Now check if a free (going busy) or busy worker has the work
 932          * currently running. If we find it there, we'll return CANCEL_RUNNING
 933          * as an indication that we attempt to signal cancellation. The
 934          * completion will run normally in this case.
 935          */
 936         for_each_node(node) {
 937                 struct io_wqe *wqe = wq->wqes[node];
 938
 939                 io_wqe_cancel_running_work(wqe, &match);
 940                 if (match.nr_running && !match.cancel_all)
 941                         return IO_WQ_CANCEL_RUNNING;
 942         }
 943
 944         if (match.nr_running)
 945                 return IO_WQ_CANCEL_RUNNING;
 946         if (match.nr_pending)
 947                 return IO_WQ_CANCEL_OK;
 948         return IO_WQ_CANCEL_NOTFOUND;
 949 }
 950
 951 static int io_wqe_hash_wake(struct wait_queue_entry *wait, unsigned mode,
 952                             int sync, void *key)
 953 {
 954         struct io_wqe *wqe = container_of(wait, struct io_wqe, wait);
 955         int ret;
 956
 957         list_del_init(&wait->entry);
 958
 959         rcu_read_lock();
 960         ret = io_wqe_activate_free_worker(wqe);
 961         rcu_read_unlock();
 962
 963         if (!ret)
 964                 wake_up_process(wqe->wq->manager);
 965
 966         return 1;
 967 }
 968
 969 struct io_wq *io_wq_create(unsigned bounded, struct io_wq_data *data)
 970 {
 971         int ret = -ENOMEM, node;
 972         struct io_wq *wq;
 973
 974         if (WARN_ON_ONCE(!data->free_work || !data->do_work))
 975                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 976
 977         wq = kzalloc(sizeof(*wq), GFP_KERNEL);
 978         if (!wq)
 979                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 980
 981         wq->wqes = kcalloc(nr_node_ids, sizeof(struct io_wqe *), GFP_KERNEL);
 982         if (!wq->wqes)
 983                 goto err_wq;
 984
 985         ret = cpuhp_state_add_instance_nocalls(io_wq_online, &wq->cpuhp_node);
 986         if (ret)
 987                 goto err_wqes;
 988
 989         refcount_inc(&data->hash->refs);
 990         wq->hash = data->hash;
 991         wq->free_work = data->free_work;
 992         wq->do_work = data->do_work;
 993
 994         ret = -ENOMEM;
 995         for_each_node(node) {
 996                 struct io_wqe *wqe;
 997                 int alloc_node = node;
 998
 999                 if (!node_online(alloc_node))
1000                         alloc_node = NUMA_NO_NODE;
1001                 wqe = kzalloc_node(sizeof(struct io_wqe), GFP_KERNEL, alloc_node);
1002                 if (!wqe)
1003                         goto err;
1004                 wq->wqes[node] = wqe;
1005                 wqe->node = alloc_node;
1006                 wqe->acct[IO_WQ_ACCT_BOUND].max_workers = bounded;
1007                 atomic_set(&wqe->acct[IO_WQ_ACCT_BOUND].nr_running, 0);
1008                 wqe->acct[IO_WQ_ACCT_UNBOUND].max_workers =
1009                                         task_rlimit(current, RLIMIT_NPROC);
1010                 atomic_set(&wqe->acct[IO_WQ_ACCT_UNBOUND].nr_running, 0);
1011                 wqe->wait.func = io_wqe_hash_wake;
1012                 INIT_LIST_HEAD(&wqe->wait.entry);
1013                 wqe->wq = wq;
1014                 raw_spin_lock_init(&wqe->lock);
1015                 INIT_WQ_LIST(&wqe->work_list);
1016                 INIT_HLIST_NULLS_HEAD(&wqe->free_list, 0);
1017                 INIT_LIST_HEAD(&wqe->all_list);
1018         }
1019
1020         wq->task_pid = current->pid;
1021         init_completion(&wq->exited);
1022         refcount_set(&wq->refs, 1);
1023
1024         ret = io_wq_fork_manager(wq);
1025         if (!ret)
1026                 return wq;
1027 err:
1028         io_wq_put_hash(data->hash);
1029         cpuhp_state_remove_instance_nocalls(io_wq_online, &wq->cpuhp_node);
1030         for_each_node(node)
1031                 kfree(wq->wqes[node]);
1032 err_wqes:
1033         kfree(wq->wqes);
1034 err_wq:
1035         kfree(wq);
1036         return ERR_PTR(ret);
1037 }
1038
1039 static void io_wq_destroy_manager(struct io_wq *wq)
1040 {
1041         if (wq->manager) {
1042                 wake_up_process(wq->manager);
1043                 wait_for_completion(&wq->exited);
1044                 put_task_struct(wq->manager);
1045                 wq->manager = NULL;
1046         }
1047 }
1048
1049 static void io_wq_destroy(struct io_wq *wq)
1050 {
1051         int node;
1052
1053         cpuhp_state_remove_instance_nocalls(io_wq_online, &wq->cpuhp_node);
1054
1055         set_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state);
1056         io_wq_destroy_manager(wq);
1057
1058         for_each_node(node) {
1059                 struct io_wqe *wqe = wq->wqes[node];
1060                 WARN_ON_ONCE(!wq_list_empty(&wqe->work_list));
1061                 kfree(wqe);
1062         }
1063         io_wq_put_hash(wq->hash);
1064         kfree(wq->wqes);
1065         kfree(wq);
1066 }
1067
1068 void io_wq_put(struct io_wq *wq)
1069 {
1070         if (refcount_dec_and_test(&wq->refs))
1071                 io_wq_destroy(wq);
1072 }
1073
1074 void io_wq_put_and_exit(struct io_wq *wq)
1075 {
1076         set_bit(IO_WQ_BIT_EXIT, &wq->state);
1077         io_wq_destroy_manager(wq);
1078         io_wq_put(wq);
1079 }
1080
1081 static bool io_wq_worker_affinity(struct io_worker *worker, void *data)
1082 {
1083         struct task_struct *task = worker->task;
1084         struct rq_flags rf;
1085         struct rq *rq;
1086
1087         rq = task_rq_lock(task, &rf);
1088         do_set_cpus_allowed(task, cpumask_of_node(worker->wqe->node));
1089         task->flags |= PF_NO_SETAFFINITY;
1090         task_rq_unlock(rq, task, &rf);
1091         return false;
1092 }
1093
1094 static int io_wq_cpu_online(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
1095 {
1096         struct io_wq *wq = hlist_entry_safe(node, struct io_wq, cpuhp_node);
1097         int i;
1098
1099         rcu_read_lock();
1100         for_each_node(i)
1101                 io_wq_for_each_worker(wq->wqes[i], io_wq_worker_affinity, NULL);
1102         rcu_read_unlock();
1103         return 0;
1104 }
1105
1106 static __init int io_wq_init(void)
1107 {
1108         int ret;
1109
1110         ret = cpuhp_setup_state_multi(CPUHP_AP_ONLINE_DYN, "io-wq/online",
1111                                         io_wq_cpu_online, NULL);
1112         if (ret < 0)
1113                 return ret;
1114         io_wq_online = ret;
1115         return 0;
1116 }
1117 subsys_initcall(io_wq_init);