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-cgroup.h"
  80 #include "blk.h"
  81
  82 #define DEFAULT_SCALE_COOKIE 1000000U
  83
  84 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency;
  85 struct iolatency_grp;
  86
  87 struct blk_iolatency {
  88         struct rq_qos rqos;
  89         struct timer_list timer;
  90
  91         /*
  92          * ->enabled is the master enable switch gating the throttling logic and
  93          * inflight tracking. The number of cgroups which have iolat enabled is
  94          * tracked in ->enable_cnt, and ->enable is flipped on/off accordingly
  95          * from ->enable_work with the request_queue frozen. For details, See
  96          * blkiolatency_enable_work_fn().
  97          */
  98         bool enabled;
  99         atomic_t enable_cnt;
 100         struct work_struct enable_work;
 101 };
 102
 103 static inline struct blk_iolatency *BLKIOLATENCY(struct rq_qos *rqos)
 104 {
 105         return container_of(rqos, struct blk_iolatency, rqos);
 106 }
 107
 108 struct child_latency_info {
 109         spinlock_t lock;
 110
 111         /* Last time we adjusted the scale of everybody. */
 112         u64 last_scale_event;
 113
 114         /* The latency that we missed. */
 115         u64 scale_lat;
 116
 117         /* Total io's from all of our children for the last summation. */
 118         u64 nr_samples;
 119
 120         /* The guy who actually changed the latency numbers. */
 121         struct iolatency_grp *scale_grp;
 122
 123         /* Cookie to tell if we need to scale up or down. */
 124         atomic_t scale_cookie;
 125 };
 126
 127 struct percentile_stats {
 128         u64 total;
 129         u64 missed;
 130 };
 131
 132 struct latency_stat {
 133         union {
 134                 struct percentile_stats ps;
 135                 struct blk_rq_stat rqs;
 136         };
 137 };
 138
 139 struct iolatency_grp {
 140         struct blkg_policy_data pd;
 141         struct latency_stat __percpu *stats;
 142         struct latency_stat cur_stat;
 143         struct blk_iolatency *blkiolat;
 144         unsigned int max_depth;
 145         struct rq_wait rq_wait;
 146         atomic64_t window_start;
 147         atomic_t scale_cookie;
 148         u64 min_lat_nsec;
 149         u64 cur_win_nsec;
 150
 151         /* total running average of our io latency. */
 152         u64 lat_avg;
 153
 154         /* Our current number of IO's for the last summation. */
 155         u64 nr_samples;
 156
 157         bool ssd;
 158         struct child_latency_info child_lat;
 159 };
 160
 161 #define BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE (100 * NSEC_PER_MSEC)
 162 #define BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE NSEC_PER_SEC
 163 /*
 164  * These are the constants used to fake the fixed-point moving average
 165  * calculation just like load average.  The call to calc_load() folds
 166  * (FIXED_1 (2048) - exp_factor) * new_sample into lat_avg.  The sampling
 167  * window size is bucketed to try to approximately calculate average
 168  * latency such that 1/exp (decay rate) is [1 min, 2.5 min) when windows
 169  * elapse immediately.  Note, windows only elapse with IO activity.  Idle
 170  * periods extend the most recent window.
 171  */
 172 #define BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS 5
 173 #define BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE (BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE / \
 174                                       (BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1))
 175 static const u64 iolatency_exp_factors[BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS] = {
 176         2045, // exp(1/600) - 600 samples
 177         2039, // exp(1/240) - 240 samples
 178         2031, // exp(1/120) - 120 samples
 179         2023, // exp(1/80)  - 80 samples
 180         2014, // exp(1/60)  - 60 samples
 181 };
 182
 183 static inline struct iolatency_grp *pd_to_lat(struct blkg_policy_data *pd)
 184 {
 185         return pd ? container_of(pd, struct iolatency_grp, pd) : NULL;
 186 }
 187
 188 static inline struct iolatency_grp *blkg_to_lat(struct blkcg_gq *blkg)
 189 {
 190         return pd_to_lat(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_iolatency));
 191 }
 192
 193 static inline struct blkcg_gq *lat_to_blkg(struct iolatency_grp *iolat)
 194 {
 195         return pd_to_blkg(&iolat->pd);
 196 }
 197
 198 static inline void latency_stat_init(struct iolatency_grp *iolat,
 199                                      struct latency_stat *stat)
 200 {
 201         if (iolat->ssd) {
 202                 stat->ps.total = 0;
 203                 stat->ps.missed = 0;
 204         } else
 205                 blk_rq_stat_init(&stat->rqs);
 206 }
 207
 208 static inline void latency_stat_sum(struct iolatency_grp *iolat,
 209                                     struct latency_stat *sum,
 210                                     struct latency_stat *stat)
 211 {
 212         if (iolat->ssd) {
 213                 sum->ps.total += stat->ps.total;
 214                 sum->ps.missed += stat->ps.missed;
 215         } else
 216                 blk_rq_stat_sum(&sum->rqs, &stat->rqs);
 217 }
 218
 219 static inline void latency_stat_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 220                                             u64 req_time)
 221 {
 222         struct latency_stat *stat = get_cpu_ptr(iolat->stats);
 223         if (iolat->ssd) {
 224                 if (req_time >= iolat->min_lat_nsec)
 225                         stat->ps.missed++;
 226                 stat->ps.total++;
 227         } else
 228                 blk_rq_stat_add(&stat->rqs, req_time);
 229         put_cpu_ptr(stat);
 230 }
 231
 232 static inline bool latency_sum_ok(struct iolatency_grp *iolat,
 233                                   struct latency_stat *stat)
 234 {
 235         if (iolat->ssd) {
 236                 u64 thresh = div64_u64(stat->ps.total, 10);
 237                 thresh = max(thresh, 1ULL);
 238                 return stat->ps.missed < thresh;
 239         }
 240         return stat->rqs.mean <= iolat->min_lat_nsec;
 241 }
 242
 243 static inline u64 latency_stat_samples(struct iolatency_grp *iolat,
 244                                        struct latency_stat *stat)
 245 {
 246         if (iolat->ssd)
 247                 return stat->ps.total;
 248         return stat->rqs.nr_samples;
 249 }
 250
 251 static inline void iolat_update_total_lat_avg(struct iolatency_grp *iolat,
 252                                               struct latency_stat *stat)
 253 {
 254         int exp_idx;
 255
 256         if (iolat->ssd)
 257                 return;
 258
 259         /*
 260          * calc_load() takes in a number stored in fixed point representation.
 261          * Because we are using this for IO time in ns, the values stored
 262          * are significantly larger than the FIXED_1 denominator (2048).
 263          * Therefore, rounding errors in the calculation are negligible and
 264          * can be ignored.
 265          */
 266         exp_idx = min_t(int, BLKIOLATENCY_NR_EXP_FACTORS - 1,
 267                         div64_u64(iolat->cur_win_nsec,
 268                                   BLKIOLATENCY_EXP_BUCKET_SIZE));
 269         iolat->lat_avg = calc_load(iolat->lat_avg,
 270                                    iolatency_exp_factors[exp_idx],
 271                                    stat->rqs.mean);
 272 }
 273
 274 static void iolat_cleanup_cb(struct rq_wait *rqw, void *private_data)
 275 {
 276         atomic_dec(&rqw->inflight);
 277         wake_up(&rqw->wait);
 278 }
 279
 280 static bool iolat_acquire_inflight(struct rq_wait *rqw, void *private_data)
 281 {
 282         struct iolatency_grp *iolat = private_data;
 283         return rq_wait_inc_below(rqw, iolat->max_depth);
 284 }
 285
 286 static void __blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos,
 287                                        struct iolatency_grp *iolat,
 288                                        bool issue_as_root,
 289                                        bool use_memdelay)
 290 {
 291         struct rq_wait *rqw = &iolat->rq_wait;
 292         unsigned use_delay = atomic_read(&lat_to_blkg(iolat)->use_delay);
 293
 294         if (use_delay)
 295                 blkcg_schedule_throttle(rqos->disk, use_memdelay);
 296
 297         /*
 298          * To avoid priority inversions we want to just take a slot if we are
 299          * issuing as root.  If we're being killed off there's no point in
 300          * delaying things, we may have been killed by OOM so throttling may
 301          * make recovery take even longer, so just let the IO's through so the
 302          * task can go away.
 303          */
 304         if (issue_as_root || fatal_signal_pending(current)) {
 305                 atomic_inc(&rqw->inflight);
 306                 return;
 307         }
 308
 309         rq_qos_wait(rqw, iolat, iolat_acquire_inflight, iolat_cleanup_cb);
 310 }
 311
 312 #define SCALE_DOWN_FACTOR 2
 313 #define SCALE_UP_FACTOR 4
 314
 315 static inline unsigned long scale_amount(unsigned long qd, bool up)
 316 {
 317         return max(up ? qd >> SCALE_UP_FACTOR : qd >> SCALE_DOWN_FACTOR, 1UL);
 318 }
 319
 320 /*
 321  * We scale the qd down faster than we scale up, so we need to use this helper
 322  * to adjust the scale_cookie accordingly so we don't prematurely get
 323  * scale_cookie at DEFAULT_SCALE_COOKIE and unthrottle too much.
 324  *
 325  * Each group has their own local copy of the last scale cookie they saw, so if
 326  * the global scale cookie goes up or down they know which way they need to go
 327  * based on their last knowledge of it.
 328  */
 329 static void scale_cookie_change(struct blk_iolatency *blkiolat,
 330                                 struct child_latency_info *lat_info,
 331                                 bool up)
 332 {
 333         unsigned long qd = blkiolat->rqos.disk->queue->nr_requests;
 334         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 335         unsigned long old = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 336         unsigned long max_scale = qd << 1;
 337         unsigned long diff = 0;
 338
 339         if (old < DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 340                 diff = DEFAULT_SCALE_COOKIE - old;
 341
 342         if (up) {
 343                 if (scale + old > DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 344                         atomic_set(&lat_info->scale_cookie,
 345                                    DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 346                 else if (diff > qd)
 347                         atomic_inc(&lat_info->scale_cookie);
 348                 else
 349                         atomic_add(scale, &lat_info->scale_cookie);
 350         } else {
 351                 /*
 352                  * We don't want to dig a hole so deep that it takes us hours to
 353                  * dig out of it.  Just enough that we don't throttle/unthrottle
 354                  * with jagged workloads but can still unthrottle once pressure
 355                  * has sufficiently dissipated.
 356                  */
 357                 if (diff > qd) {
 358                         if (diff < max_scale)
 359                                 atomic_dec(&lat_info->scale_cookie);
 360                 } else {
 361                         atomic_sub(scale, &lat_info->scale_cookie);
 362                 }
 363         }
 364 }
 365
 366 /*
 367  * Change the queue depth of the iolatency_grp.  We add 1/16th of the
 368  * queue depth at a time so we don't get wild swings and hopefully dial in to
 369  * fairer distribution of the overall queue depth.  We halve the queue depth
 370  * at a time so we can scale down queue depth quickly from default unlimited
 371  * to target.
 372  */
 373 static void scale_change(struct iolatency_grp *iolat, bool up)
 374 {
 375         unsigned long qd = iolat->blkiolat->rqos.disk->queue->nr_requests;
 376         unsigned long scale = scale_amount(qd, up);
 377         unsigned long old = iolat->max_depth;
 378
 379         if (old > qd)
 380                 old = qd;
 381
 382         if (up) {
 383                 if (old == 1 && blkcg_unuse_delay(lat_to_blkg(iolat)))
 384                         return;
 385
 386                 if (old < qd) {
 387                         old += scale;
 388                         old = min(old, qd);
 389                         iolat->max_depth = old;
 390                         wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 391                 }
 392         } else {
 393                 old >>= 1;
 394                 iolat->max_depth = max(old, 1UL);
 395         }
 396 }
 397
 398 /* Check our parent and see if the scale cookie has changed. */
 399 static void check_scale_change(struct iolatency_grp *iolat)
 400 {
 401         struct iolatency_grp *parent;
 402         struct child_latency_info *lat_info;
 403         unsigned int cur_cookie;
 404         unsigned int our_cookie = atomic_read(&iolat->scale_cookie);
 405         u64 scale_lat;
 406         int direction = 0;
 407
 408         parent = blkg_to_lat(lat_to_blkg(iolat)->parent);
 409         if (!parent)
 410                 return;
 411
 412         lat_info = &parent->child_lat;
 413         cur_cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 414         scale_lat = READ_ONCE(lat_info->scale_lat);
 415
 416         if (cur_cookie < our_cookie)
 417                 direction = -1;
 418         else if (cur_cookie > our_cookie)
 419                 direction = 1;
 420         else
 421                 return;
 422
 423         if (!atomic_try_cmpxchg(&iolat->scale_cookie, &our_cookie, cur_cookie)) {
 424                 /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 425                 return;
 426         }
 427
 428         if (direction < 0 && iolat->min_lat_nsec) {
 429                 u64 samples_thresh;
 430
 431                 if (!scale_lat || iolat->min_lat_nsec <= scale_lat)
 432                         return;
 433
 434                 /*
 435                  * Sometimes high priority groups are their own worst enemy, so
 436                  * instead of taking it out on some poor other group that did 5%
 437                  * or less of the IO's for the last summation just skip this
 438                  * scale down event.
 439                  */
 440                 samples_thresh = lat_info->nr_samples * 5;
 441                 samples_thresh = max(1ULL, div64_u64(samples_thresh, 100));
 442                 if (iolat->nr_samples <= samples_thresh)
 443                         return;
 444         }
 445
 446         /* We're as low as we can go. */
 447         if (iolat->max_depth == 1 && direction < 0) {
 448                 blkcg_use_delay(lat_to_blkg(iolat));
 449                 return;
 450         }
 451
 452         /* We're back to the default cookie, unthrottle all the things. */
 453         if (cur_cookie == DEFAULT_SCALE_COOKIE) {
 454                 blkcg_clear_delay(lat_to_blkg(iolat));
 455                 iolat->max_depth = UINT_MAX;
 456                 wake_up_all(&iolat->rq_wait.wait);
 457                 return;
 458         }
 459
 460         scale_change(iolat, direction > 0);
 461 }
 462
 463 static void blkcg_iolatency_throttle(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 464 {
 465         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 466         struct blkcg_gq *blkg = bio->bi_blkg;
 467         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 468
 469         if (!blkiolat->enabled)
 470                 return;
 471
 472         while (blkg && blkg->parent) {
 473                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 474                 if (!iolat) {
 475                         blkg = blkg->parent;
 476                         continue;
 477                 }
 478
 479                 check_scale_change(iolat);
 480                 __blkcg_iolatency_throttle(rqos, iolat, issue_as_root,
 481                                      (bio->bi_opf & REQ_SWAP) == REQ_SWAP);
 482                 blkg = blkg->parent;
 483         }
 484         if (!timer_pending(&blkiolat->timer))
 485                 mod_timer(&blkiolat->timer, jiffies + HZ);
 486 }
 487
 488 static void iolatency_record_time(struct iolatency_grp *iolat,
 489                                   struct bio_issue *issue, u64 now,
 490                                   bool issue_as_root)
 491 {
 492         u64 start = bio_issue_time(issue);
 493         u64 req_time;
 494
 495         /*
 496          * Have to do this so we are truncated to the correct time that our
 497          * issue is truncated to.
 498          */
 499         now = __bio_issue_time(now);
 500
 501         if (now <= start)
 502                 return;
 503
 504         req_time = now - start;
 505
 506         /*
 507          * We don't want to count issue_as_root bio's in the cgroups latency
 508          * statistics as it could skew the numbers downwards.
 509          */
 510         if (unlikely(issue_as_root && iolat->max_depth != UINT_MAX)) {
 511                 u64 sub = iolat->min_lat_nsec;
 512                 if (req_time < sub)
 513                         blkcg_add_delay(lat_to_blkg(iolat), now, sub - req_time);
 514                 return;
 515         }
 516
 517         latency_stat_record_time(iolat, req_time);
 518 }
 519
 520 #define BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME (500 * NSEC_PER_MSEC)
 521 #define BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES 5
 522
 523 static void iolatency_check_latencies(struct iolatency_grp *iolat, u64 now)
 524 {
 525         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 526         struct iolatency_grp *parent;
 527         struct child_latency_info *lat_info;
 528         struct latency_stat stat;
 529         unsigned long flags;
 530         int cpu;
 531
 532         latency_stat_init(iolat, &stat);
 533         preempt_disable();
 534         for_each_online_cpu(cpu) {
 535                 struct latency_stat *s;
 536                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 537                 latency_stat_sum(iolat, &stat, s);
 538                 latency_stat_init(iolat, s);
 539         }
 540         preempt_enable();
 541
 542         parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
 543         if (!parent)
 544                 return;
 545
 546         lat_info = &parent->child_lat;
 547
 548         iolat_update_total_lat_avg(iolat, &stat);
 549
 550         /* Everything is ok and we don't need to adjust the scale. */
 551         if (latency_sum_ok(iolat, &stat) &&
 552             atomic_read(&lat_info->scale_cookie) == DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 553                 return;
 554
 555         /* Somebody beat us to the punch, just bail. */
 556         spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 557
 558         latency_stat_sum(iolat, &iolat->cur_stat, &stat);
 559         lat_info->nr_samples -= iolat->nr_samples;
 560         lat_info->nr_samples += latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat);
 561         iolat->nr_samples = latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat);
 562
 563         if ((lat_info->last_scale_event >= now ||
 564             now - lat_info->last_scale_event < BLKIOLATENCY_MIN_ADJUST_TIME))
 565                 goto out;
 566
 567         if (latency_sum_ok(iolat, &iolat->cur_stat) &&
 568             latency_sum_ok(iolat, &stat)) {
 569                 if (latency_stat_samples(iolat, &iolat->cur_stat) <
 570                     BLKIOLATENCY_MIN_GOOD_SAMPLES)
 571                         goto out;
 572                 if (lat_info->scale_grp == iolat) {
 573                         lat_info->last_scale_event = now;
 574                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 575                 }
 576         } else if (lat_info->scale_lat == 0 ||
 577                    lat_info->scale_lat >= iolat->min_lat_nsec) {
 578                 lat_info->last_scale_event = now;
 579                 if (!lat_info->scale_grp ||
 580                     lat_info->scale_lat > iolat->min_lat_nsec) {
 581                         WRITE_ONCE(lat_info->scale_lat, iolat->min_lat_nsec);
 582                         lat_info->scale_grp = iolat;
 583                 }
 584                 scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, false);
 585         }
 586         latency_stat_init(iolat, &iolat->cur_stat);
 587 out:
 588         spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 589 }
 590
 591 static void blkcg_iolatency_done_bio(struct rq_qos *rqos, struct bio *bio)
 592 {
 593         struct blkcg_gq *blkg;
 594         struct rq_wait *rqw;
 595         struct iolatency_grp *iolat;
 596         u64 window_start;
 597         u64 now;
 598         bool issue_as_root = bio_issue_as_root_blkg(bio);
 599         int inflight = 0;
 600
 601         blkg = bio->bi_blkg;
 602         if (!blkg || !bio_flagged(bio, BIO_QOS_THROTTLED))
 603                 return;
 604
 605         iolat = blkg_to_lat(bio->bi_blkg);
 606         if (!iolat)
 607                 return;
 608
 609         if (!iolat->blkiolat->enabled)
 610                 return;
 611
 612         now = ktime_to_ns(ktime_get());
 613         while (blkg && blkg->parent) {
 614                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 615                 if (!iolat) {
 616                         blkg = blkg->parent;
 617                         continue;
 618                 }
 619                 rqw = &iolat->rq_wait;
 620
 621                 inflight = atomic_dec_return(&rqw->inflight);
 622                 WARN_ON_ONCE(inflight < 0);
 623                 /*
 624                  * If bi_status is BLK_STS_AGAIN, the bio wasn't actually
 625                  * submitted, so do not account for it.
 626                  */
 627                 if (iolat->min_lat_nsec && bio->bi_status != BLK_STS_AGAIN) {
 628                         iolatency_record_time(iolat, &bio->bi_issue, now,
 629                                               issue_as_root);
 630                         window_start = atomic64_read(&iolat->window_start);
 631                         if (now > window_start &&
 632                             (now - window_start) >= iolat->cur_win_nsec) {
 633                                 if (atomic64_try_cmpxchg(&iolat->window_start,
 634                                                          &window_start, now))
 635                                         iolatency_check_latencies(iolat, now);
 636                         }
 637                 }
 638                 wake_up(&rqw->wait);
 639                 blkg = blkg->parent;
 640         }
 641 }
 642
 643 static void blkcg_iolatency_exit(struct rq_qos *rqos)
 644 {
 645         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 646
 647         timer_shutdown_sync(&blkiolat->timer);
 648         flush_work(&blkiolat->enable_work);
 649         blkcg_deactivate_policy(rqos->disk, &blkcg_policy_iolatency);
 650         kfree(blkiolat);
 651 }
 652
 653 static const struct rq_qos_ops blkcg_iolatency_ops = {
 654         .throttle = blkcg_iolatency_throttle,
 655         .done_bio = blkcg_iolatency_done_bio,
 656         .exit = blkcg_iolatency_exit,
 657 };
 658
 659 static void blkiolatency_timer_fn(struct timer_list *t)
 660 {
 661         struct blk_iolatency *blkiolat = from_timer(blkiolat, t, timer);
 662         struct blkcg_gq *blkg;
 663         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
 664         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 665
 666         rcu_read_lock();
 667         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css,
 668                                      blkiolat->rqos.disk->queue->root_blkg) {
 669                 struct iolatency_grp *iolat;
 670                 struct child_latency_info *lat_info;
 671                 unsigned long flags;
 672                 u64 cookie;
 673
 674                 /*
 675                  * We could be exiting, don't access the pd unless we have a
 676                  * ref on the blkg.
 677                  */
 678                 if (!blkg_tryget(blkg))
 679                         continue;
 680
 681                 iolat = blkg_to_lat(blkg);
 682                 if (!iolat)
 683                         goto next;
 684
 685                 lat_info = &iolat->child_lat;
 686                 cookie = atomic_read(&lat_info->scale_cookie);
 687
 688                 if (cookie >= DEFAULT_SCALE_COOKIE)
 689                         goto next;
 690
 691                 spin_lock_irqsave(&lat_info->lock, flags);
 692                 if (lat_info->last_scale_event >= now)
 693                         goto next_lock;
 694
 695                 /*
 696                  * We scaled down but don't have a scale_grp, scale up and carry
 697                  * on.
 698                  */
 699                 if (lat_info->scale_grp == NULL) {
 700                         scale_cookie_change(iolat->blkiolat, lat_info, true);
 701                         goto next_lock;
 702                 }
 703
 704                 /*
 705                  * It's been 5 seconds since our last scale event, clear the
 706                  * scale grp in case the group that needed the scale down isn't
 707                  * doing any IO currently.
 708                  */
 709                 if (now - lat_info->last_scale_event >=
 710                     ((u64)NSEC_PER_SEC * 5))
 711                         lat_info->scale_grp = NULL;
 712 next_lock:
 713                 spin_unlock_irqrestore(&lat_info->lock, flags);
 714 next:
 715                 blkg_put(blkg);
 716         }
 717         rcu_read_unlock();
 718 }
 719
 720 /**
 721  * blkiolatency_enable_work_fn - Enable or disable iolatency on the device
 722  * @work: enable_work of the blk_iolatency of interest
 723  *
 724  * iolatency needs to keep track of the number of in-flight IOs per cgroup. This
 725  * is relatively expensive as it involves walking up the hierarchy twice for
 726  * every IO. Thus, if iolatency is not enabled in any cgroup for the device, we
 727  * want to disable the in-flight tracking.
 728  *
 729  * We have to make sure that the counting is balanced - we don't want to leak
 730  * the in-flight counts by disabling accounting in the completion path while IOs
 731  * are in flight. This is achieved by ensuring that no IO is in flight by
 732  * freezing the queue while flipping ->enabled. As this requires a sleepable
 733  * context, ->enabled flipping is punted to this work function.
 734  */
 735 static void blkiolatency_enable_work_fn(struct work_struct *work)
 736 {
 737         struct blk_iolatency *blkiolat = container_of(work, struct blk_iolatency,
 738                                                       enable_work);
 739         bool enabled;
 740
 741         /*
 742          * There can only be one instance of this function running for @blkiolat
 743          * and it's guaranteed to be executed at least once after the latest
 744          * ->enabled_cnt modification. Acting on the latest ->enable_cnt is
 745          * sufficient.
 746          *
 747          * Also, we know @blkiolat is safe to access as ->enable_work is flushed
 748          * in blkcg_iolatency_exit().
 749          */
 750         enabled = atomic_read(&blkiolat->enable_cnt);
 751         if (enabled != blkiolat->enabled) {
 752                 blk_mq_freeze_queue(blkiolat->rqos.disk->queue);
 753                 blkiolat->enabled = enabled;
 754                 blk_mq_unfreeze_queue(blkiolat->rqos.disk->queue);
 755         }
 756 }
 757
 758 int blk_iolatency_init(struct gendisk *disk)
 759 {
 760         struct blk_iolatency *blkiolat;
 761         int ret;
 762
 763         blkiolat = kzalloc(sizeof(*blkiolat), GFP_KERNEL);
 764         if (!blkiolat)
 765                 return -ENOMEM;
 766
 767         ret = rq_qos_add(&blkiolat->rqos, disk, RQ_QOS_LATENCY,
 768                          &blkcg_iolatency_ops);
 769         if (ret)
 770                 goto err_free;
 771         ret = blkcg_activate_policy(disk, &blkcg_policy_iolatency);
 772         if (ret)
 773                 goto err_qos_del;
 774
 775         timer_setup(&blkiolat->timer, blkiolatency_timer_fn, 0);
 776         INIT_WORK(&blkiolat->enable_work, blkiolatency_enable_work_fn);
 777
 778         return 0;
 779
 780 err_qos_del:
 781         rq_qos_del(&blkiolat->rqos);
 782 err_free:
 783         kfree(blkiolat);
 784         return ret;
 785 }
 786
 787 static void iolatency_set_min_lat_nsec(struct blkcg_gq *blkg, u64 val)
 788 {
 789         struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg);
 790         struct blk_iolatency *blkiolat = iolat->blkiolat;
 791         u64 oldval = iolat->min_lat_nsec;
 792
 793         iolat->min_lat_nsec = val;
 794         iolat->cur_win_nsec = max_t(u64, val << 4, BLKIOLATENCY_MIN_WIN_SIZE);
 795         iolat->cur_win_nsec = min_t(u64, iolat->cur_win_nsec,
 796                                     BLKIOLATENCY_MAX_WIN_SIZE);
 797
 798         if (!oldval && val) {
 799                 if (atomic_inc_return(&blkiolat->enable_cnt) == 1)
 800                         schedule_work(&blkiolat->enable_work);
 801         }
 802         if (oldval && !val) {
 803                 blkcg_clear_delay(blkg);
 804                 if (atomic_dec_return(&blkiolat->enable_cnt) == 0)
 805                         schedule_work(&blkiolat->enable_work);
 806         }
 807 }
 808
 809 static void iolatency_clear_scaling(struct blkcg_gq *blkg)
 810 {
 811         if (blkg->parent) {
 812                 struct iolatency_grp *iolat = blkg_to_lat(blkg->parent);
 813                 struct child_latency_info *lat_info;
 814                 if (!iolat)
 815                         return;
 816
 817                 lat_info = &iolat->child_lat;
 818                 spin_lock(&lat_info->lock);
 819                 atomic_set(&lat_info->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
 820                 lat_info->last_scale_event = 0;
 821                 lat_info->scale_grp = NULL;
 822                 lat_info->scale_lat = 0;
 823                 spin_unlock(&lat_info->lock);
 824         }
 825 }
 826
 827 static ssize_t iolatency_set_limit(struct kernfs_open_file *of, char *buf,
 828                              size_t nbytes, loff_t off)
 829 {
 830         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
 831         struct blkcg_gq *blkg;
 832         struct blkg_conf_ctx ctx;
 833         struct iolatency_grp *iolat;
 834         char *p, *tok;
 835         u64 lat_val = 0;
 836         u64 oldval;
 837         int ret;
 838
 839         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_iolatency, buf, &ctx);
 840         if (ret)
 841                 return ret;
 842
 843         iolat = blkg_to_lat(ctx.blkg);
 844         p = ctx.body;
 845
 846         ret = -EINVAL;
 847         while ((tok = strsep(&p, " "))) {
 848                 char key[16];
 849                 char val[21];   /* 18446744073709551616 */
 850
 851                 if (sscanf(tok, "%15[^=]=%20s", key, val) != 2)
 852                         goto out;
 853
 854                 if (!strcmp(key, "target")) {
 855                         u64 v;
 856
 857                         if (!strcmp(val, "max"))
 858                                 lat_val = 0;
 859                         else if (sscanf(val, "%llu", &v) == 1)
 860                                 lat_val = v * NSEC_PER_USEC;
 861                         else
 862                                 goto out;
 863                 } else {
 864                         goto out;
 865                 }
 866         }
 867
 868         /* Walk up the tree to see if our new val is lower than it should be. */
 869         blkg = ctx.blkg;
 870         oldval = iolat->min_lat_nsec;
 871
 872         iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, lat_val);
 873         if (oldval != iolat->min_lat_nsec)
 874                 iolatency_clear_scaling(blkg);
 875         ret = 0;
 876 out:
 877         blkg_conf_finish(&ctx);
 878         return ret ?: nbytes;
 879 }
 880
 881 static u64 iolatency_prfill_limit(struct seq_file *sf,
 882                                   struct blkg_policy_data *pd, int off)
 883 {
 884         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 885         const char *dname = blkg_dev_name(pd->blkg);
 886
 887         if (!dname || !iolat->min_lat_nsec)
 888                 return 0;
 889         seq_printf(sf, "%s target=%llu\n",
 890                    dname, div_u64(iolat->min_lat_nsec, NSEC_PER_USEC));
 891         return 0;
 892 }
 893
 894 static int iolatency_print_limit(struct seq_file *sf, void *v)
 895 {
 896         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)),
 897                           iolatency_prfill_limit,
 898                           &blkcg_policy_iolatency, seq_cft(sf)->private, false);
 899         return 0;
 900 }
 901
 902 static void iolatency_ssd_stat(struct iolatency_grp *iolat, struct seq_file *s)
 903 {
 904         struct latency_stat stat;
 905         int cpu;
 906
 907         latency_stat_init(iolat, &stat);
 908         preempt_disable();
 909         for_each_online_cpu(cpu) {
 910                 struct latency_stat *s;
 911                 s = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 912                 latency_stat_sum(iolat, &stat, s);
 913         }
 914         preempt_enable();
 915
 916         if (iolat->max_depth == UINT_MAX)
 917                 seq_printf(s, " missed=%llu total=%llu depth=max",
 918                         (unsigned long long)stat.ps.missed,
 919                         (unsigned long long)stat.ps.total);
 920         else
 921                 seq_printf(s, " missed=%llu total=%llu depth=%u",
 922                         (unsigned long long)stat.ps.missed,
 923                         (unsigned long long)stat.ps.total,
 924                         iolat->max_depth);
 925 }
 926
 927 static void iolatency_pd_stat(struct blkg_policy_data *pd, struct seq_file *s)
 928 {
 929         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 930         unsigned long long avg_lat;
 931         unsigned long long cur_win;
 932
 933         if (!blkcg_debug_stats)
 934                 return;
 935
 936         if (iolat->ssd)
 937                 return iolatency_ssd_stat(iolat, s);
 938
 939         avg_lat = div64_u64(iolat->lat_avg, NSEC_PER_USEC);
 940         cur_win = div64_u64(iolat->cur_win_nsec, NSEC_PER_MSEC);
 941         if (iolat->max_depth == UINT_MAX)
 942                 seq_printf(s, " depth=max avg_lat=%llu win=%llu",
 943                         avg_lat, cur_win);
 944         else
 945                 seq_printf(s, " depth=%u avg_lat=%llu win=%llu",
 946                         iolat->max_depth, avg_lat, cur_win);
 947 }
 948
 949 static struct blkg_policy_data *iolatency_pd_alloc(struct gendisk *disk,
 950                 struct blkcg *blkcg, gfp_t gfp)
 951 {
 952         struct iolatency_grp *iolat;
 953
 954         iolat = kzalloc_node(sizeof(*iolat), gfp, disk->node_id);
 955         if (!iolat)
 956                 return NULL;
 957         iolat->stats = __alloc_percpu_gfp(sizeof(struct latency_stat),
 958                                        __alignof__(struct latency_stat), gfp);
 959         if (!iolat->stats) {
 960                 kfree(iolat);
 961                 return NULL;
 962         }
 963         return &iolat->pd;
 964 }
 965
 966 static void iolatency_pd_init(struct blkg_policy_data *pd)
 967 {
 968         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
 969         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
 970         struct rq_qos *rqos = blkcg_rq_qos(blkg->q);
 971         struct blk_iolatency *blkiolat = BLKIOLATENCY(rqos);
 972         u64 now = ktime_to_ns(ktime_get());
 973         int cpu;
 974
 975         if (blk_queue_nonrot(blkg->q))
 976                 iolat->ssd = true;
 977         else
 978                 iolat->ssd = false;
 979
 980         for_each_possible_cpu(cpu) {
 981                 struct latency_stat *stat;
 982                 stat = per_cpu_ptr(iolat->stats, cpu);
 983                 latency_stat_init(iolat, stat);
 984         }
 985
 986         latency_stat_init(iolat, &iolat->cur_stat);
 987         rq_wait_init(&iolat->rq_wait);
 988         spin_lock_init(&iolat->child_lat.lock);
 989         iolat->max_depth = UINT_MAX;
 990         iolat->blkiolat = blkiolat;
 991         iolat->cur_win_nsec = 100 * NSEC_PER_MSEC;
 992         atomic64_set(&iolat->window_start, now);
 993
 994         /*
 995          * We init things in list order, so the pd for the parent may not be
 996          * init'ed yet for whatever reason.
 997          */
 998         if (blkg->parent && blkg_to_pd(blkg->parent, &blkcg_policy_iolatency)) {
 999                 struct iolatency_grp *parent = blkg_to_lat(blkg->parent);
1000                 atomic_set(&iolat->scale_cookie,
1001                            atomic_read(&parent->child_lat.scale_cookie));
1002         } else {
1003                 atomic_set(&iolat->scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
1004         }
1005
1006         atomic_set(&iolat->child_lat.scale_cookie, DEFAULT_SCALE_COOKIE);
1007 }
1008
1009 static void iolatency_pd_offline(struct blkg_policy_data *pd)
1010 {
1011         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
1012         struct blkcg_gq *blkg = lat_to_blkg(iolat);
1013
1014         iolatency_set_min_lat_nsec(blkg, 0);
1015         iolatency_clear_scaling(blkg);
1016 }
1017
1018 static void iolatency_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
1019 {
1020         struct iolatency_grp *iolat = pd_to_lat(pd);
1021         free_percpu(iolat->stats);
1022         kfree(iolat);
1023 }
1024
1025 static struct cftype iolatency_files[] = {
1026         {
1027                 .name = "latency",
1028                 .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
1029                 .seq_show = iolatency_print_limit,
1030                 .write = iolatency_set_limit,
1031         },
1032         {}
1033 };
1034
1035 static struct blkcg_policy blkcg_policy_iolatency = {
1036         .dfl_cftypes    = iolatency_files,
1037         .pd_alloc_fn    = iolatency_pd_alloc,
1038         .pd_init_fn     = iolatency_pd_init,
1039         .pd_offline_fn  = iolatency_pd_offline,
1040         .pd_free_fn     = iolatency_pd_free,
1041         .pd_stat_fn     = iolatency_pd_stat,
1042 };
1043
1044 static int __init iolatency_init(void)
1045 {
1046         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_iolatency);
1047 }
1048
1049 static void __exit iolatency_exit(void)
1050 {
1051         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_iolatency);
1052 }
1053
1054 module_init(iolatency_init);
1055 module_exit(iolatency_exit);