Merge tag 'rdma-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/roland...
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / block / blk-throttle.c
1 /*
2  * Interface for controlling IO bandwidth on a request queue
3  *
4  * Copyright (C) 2010 Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
5  */
6
7 #include <linux/module.h>
8 #include <linux/slab.h>
9 #include <linux/blkdev.h>
10 #include <linux/bio.h>
11 #include <linux/blktrace_api.h>
12 #include "blk-cgroup.h"
13 #include "blk.h"
14
15 /* Max dispatch from a group in 1 round */
16 static int throtl_grp_quantum = 8;
17
18 /* Total max dispatch from all groups in one round */
19 static int throtl_quantum = 32;
20
21 /* Throttling is performed over 100ms slice and after that slice is renewed */
22 static unsigned long throtl_slice = HZ/10;      /* 100 ms */
23
24 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl;
25
26 /* A workqueue to queue throttle related work */
27 static struct workqueue_struct *kthrotld_workqueue;
28
29 /*
30  * To implement hierarchical throttling, throtl_grps form a tree and bios
31  * are dispatched upwards level by level until they reach the top and get
32  * issued.  When dispatching bios from the children and local group at each
33  * level, if the bios are dispatched into a single bio_list, there's a risk
34  * of a local or child group which can queue many bios at once filling up
35  * the list starving others.
36  *
37  * To avoid such starvation, dispatched bios are queued separately
38  * according to where they came from.  When they are again dispatched to
39  * the parent, they're popped in round-robin order so that no single source
40  * hogs the dispatch window.
41  *
42  * throtl_qnode is used to keep the queued bios separated by their sources.
43  * Bios are queued to throtl_qnode which in turn is queued to
44  * throtl_service_queue and then dispatched in round-robin order.
45  *
46  * It's also used to track the reference counts on blkg's.  A qnode always
47  * belongs to a throtl_grp and gets queued on itself or the parent, so
48  * incrementing the reference of the associated throtl_grp when a qnode is
49  * queued and decrementing when dequeued is enough to keep the whole blkg
50  * tree pinned while bios are in flight.
51  */
52 struct throtl_qnode {
53         struct list_head        node;           /* service_queue->queued[] */
54         struct bio_list         bios;           /* queued bios */
55         struct throtl_grp       *tg;            /* tg this qnode belongs to */
56 };
57
58 struct throtl_service_queue {
59         struct throtl_service_queue *parent_sq; /* the parent service_queue */
60
61         /*
62          * Bios queued directly to this service_queue or dispatched from
63          * children throtl_grp's.
64          */
65         struct list_head        queued[2];      /* throtl_qnode [READ/WRITE] */
66         unsigned int            nr_queued[2];   /* number of queued bios */
67
68         /*
69          * RB tree of active children throtl_grp's, which are sorted by
70          * their ->disptime.
71          */
72         struct rb_root          pending_tree;   /* RB tree of active tgs */
73         struct rb_node          *first_pending; /* first node in the tree */
74         unsigned int            nr_pending;     /* # queued in the tree */
75         unsigned long           first_pending_disptime; /* disptime of the first tg */
76         struct timer_list       pending_timer;  /* fires on first_pending_disptime */
77 };
78
79 enum tg_state_flags {
80         THROTL_TG_PENDING       = 1 << 0,       /* on parent's pending tree */
81         THROTL_TG_WAS_EMPTY     = 1 << 1,       /* bio_lists[] became non-empty */
82 };
83
84 #define rb_entry_tg(node)       rb_entry((node), struct throtl_grp, rb_node)
85
86 /* Per-cpu group stats */
87 struct tg_stats_cpu {
88         /* total bytes transferred */
89         struct blkg_rwstat              service_bytes;
90         /* total IOs serviced, post merge */
91         struct blkg_rwstat              serviced;
92 };
93
94 struct throtl_grp {
95         /* must be the first member */
96         struct blkg_policy_data pd;
97
98         /* active throtl group service_queue member */
99         struct rb_node rb_node;
100
101         /* throtl_data this group belongs to */
102         struct throtl_data *td;
103
104         /* this group's service queue */
105         struct throtl_service_queue service_queue;
106
107         /*
108          * qnode_on_self is used when bios are directly queued to this
109          * throtl_grp so that local bios compete fairly with bios
110          * dispatched from children.  qnode_on_parent is used when bios are
111          * dispatched from this throtl_grp into its parent and will compete
112          * with the sibling qnode_on_parents and the parent's
113          * qnode_on_self.
114          */
115         struct throtl_qnode qnode_on_self[2];
116         struct throtl_qnode qnode_on_parent[2];
117
118         /*
119          * Dispatch time in jiffies. This is the estimated time when group
120          * will unthrottle and is ready to dispatch more bio. It is used as
121          * key to sort active groups in service tree.
122          */
123         unsigned long disptime;
124
125         unsigned int flags;
126
127         /* are there any throtl rules between this group and td? */
128         bool has_rules[2];
129
130         /* bytes per second rate limits */
131         uint64_t bps[2];
132
133         /* IOPS limits */
134         unsigned int iops[2];
135
136         /* Number of bytes disptached in current slice */
137         uint64_t bytes_disp[2];
138         /* Number of bio's dispatched in current slice */
139         unsigned int io_disp[2];
140
141         /* When did we start a new slice */
142         unsigned long slice_start[2];
143         unsigned long slice_end[2];
144
145         /* Per cpu stats pointer */
146         struct tg_stats_cpu __percpu *stats_cpu;
147
148         /* List of tgs waiting for per cpu stats memory to be allocated */
149         struct list_head stats_alloc_node;
150 };
151
152 struct throtl_data
153 {
154         /* service tree for active throtl groups */
155         struct throtl_service_queue service_queue;
156
157         struct request_queue *queue;
158
159         /* Total Number of queued bios on READ and WRITE lists */
160         unsigned int nr_queued[2];
161
162         /*
163          * number of total undestroyed groups
164          */
165         unsigned int nr_undestroyed_grps;
166
167         /* Work for dispatching throttled bios */
168         struct work_struct dispatch_work;
169 };
170
171 /* list and work item to allocate percpu group stats */
172 static DEFINE_SPINLOCK(tg_stats_alloc_lock);
173 static LIST_HEAD(tg_stats_alloc_list);
174
175 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *);
176 static DECLARE_DELAYED_WORK(tg_stats_alloc_work, tg_stats_alloc_fn);
177
178 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg);
179
180 static inline struct throtl_grp *pd_to_tg(struct blkg_policy_data *pd)
181 {
182         return pd ? container_of(pd, struct throtl_grp, pd) : NULL;
183 }
184
185 static inline struct throtl_grp *blkg_to_tg(struct blkcg_gq *blkg)
186 {
187         return pd_to_tg(blkg_to_pd(blkg, &blkcg_policy_throtl));
188 }
189
190 static inline struct blkcg_gq *tg_to_blkg(struct throtl_grp *tg)
191 {
192         return pd_to_blkg(&tg->pd);
193 }
194
195 static inline struct throtl_grp *td_root_tg(struct throtl_data *td)
196 {
197         return blkg_to_tg(td->queue->root_blkg);
198 }
199
200 /**
201  * sq_to_tg - return the throl_grp the specified service queue belongs to
202  * @sq: the throtl_service_queue of interest
203  *
204  * Return the throtl_grp @sq belongs to.  If @sq is the top-level one
205  * embedded in throtl_data, %NULL is returned.
206  */
207 static struct throtl_grp *sq_to_tg(struct throtl_service_queue *sq)
208 {
209         if (sq && sq->parent_sq)
210                 return container_of(sq, struct throtl_grp, service_queue);
211         else
212                 return NULL;
213 }
214
215 /**
216  * sq_to_td - return throtl_data the specified service queue belongs to
217  * @sq: the throtl_service_queue of interest
218  *
219  * A service_queue can be embeded in either a throtl_grp or throtl_data.
220  * Determine the associated throtl_data accordingly and return it.
221  */
222 static struct throtl_data *sq_to_td(struct throtl_service_queue *sq)
223 {
224         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
225
226         if (tg)
227                 return tg->td;
228         else
229                 return container_of(sq, struct throtl_data, service_queue);
230 }
231
232 /**
233  * throtl_log - log debug message via blktrace
234  * @sq: the service_queue being reported
235  * @fmt: printf format string
236  * @args: printf args
237  *
238  * The messages are prefixed with "throtl BLKG_NAME" if @sq belongs to a
239  * throtl_grp; otherwise, just "throtl".
240  *
241  * TODO: this should be made a function and name formatting should happen
242  * after testing whether blktrace is enabled.
243  */
244 #define throtl_log(sq, fmt, args...)    do {                            \
245         struct throtl_grp *__tg = sq_to_tg((sq));                       \
246         struct throtl_data *__td = sq_to_td((sq));                      \
247                                                                         \
248         (void)__td;                                                     \
249         if ((__tg)) {                                                   \
250                 char __pbuf[128];                                       \
251                                                                         \
252                 blkg_path(tg_to_blkg(__tg), __pbuf, sizeof(__pbuf));    \
253                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl %s " fmt, __pbuf, ##args); \
254         } else {                                                        \
255                 blk_add_trace_msg(__td->queue, "throtl " fmt, ##args);  \
256         }                                                               \
257 } while (0)
258
259 /*
260  * Worker for allocating per cpu stat for tgs. This is scheduled on the
261  * system_wq once there are some groups on the alloc_list waiting for
262  * allocation.
263  */
264 static void tg_stats_alloc_fn(struct work_struct *work)
265 {
266         static struct tg_stats_cpu *stats_cpu;  /* this fn is non-reentrant */
267         struct delayed_work *dwork = to_delayed_work(work);
268         bool empty = false;
269
270 alloc_stats:
271         if (!stats_cpu) {
272                 stats_cpu = alloc_percpu(struct tg_stats_cpu);
273                 if (!stats_cpu) {
274                         /* allocation failed, try again after some time */
275                         schedule_delayed_work(dwork, msecs_to_jiffies(10));
276                         return;
277                 }
278         }
279
280         spin_lock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
281
282         if (!list_empty(&tg_stats_alloc_list)) {
283                 struct throtl_grp *tg = list_first_entry(&tg_stats_alloc_list,
284                                                          struct throtl_grp,
285                                                          stats_alloc_node);
286                 swap(tg->stats_cpu, stats_cpu);
287                 list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
288         }
289
290         empty = list_empty(&tg_stats_alloc_list);
291         spin_unlock_irq(&tg_stats_alloc_lock);
292         if (!empty)
293                 goto alloc_stats;
294 }
295
296 static void throtl_qnode_init(struct throtl_qnode *qn, struct throtl_grp *tg)
297 {
298         INIT_LIST_HEAD(&qn->node);
299         bio_list_init(&qn->bios);
300         qn->tg = tg;
301 }
302
303 /**
304  * throtl_qnode_add_bio - add a bio to a throtl_qnode and activate it
305  * @bio: bio being added
306  * @qn: qnode to add bio to
307  * @queued: the service_queue->queued[] list @qn belongs to
308  *
309  * Add @bio to @qn and put @qn on @queued if it's not already on.
310  * @qn->tg's reference count is bumped when @qn is activated.  See the
311  * comment on top of throtl_qnode definition for details.
312  */
313 static void throtl_qnode_add_bio(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
314                                  struct list_head *queued)
315 {
316         bio_list_add(&qn->bios, bio);
317         if (list_empty(&qn->node)) {
318                 list_add_tail(&qn->node, queued);
319                 blkg_get(tg_to_blkg(qn->tg));
320         }
321 }
322
323 /**
324  * throtl_peek_queued - peek the first bio on a qnode list
325  * @queued: the qnode list to peek
326  */
327 static struct bio *throtl_peek_queued(struct list_head *queued)
328 {
329         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
330         struct bio *bio;
331
332         if (list_empty(queued))
333                 return NULL;
334
335         bio = bio_list_peek(&qn->bios);
336         WARN_ON_ONCE(!bio);
337         return bio;
338 }
339
340 /**
341  * throtl_pop_queued - pop the first bio form a qnode list
342  * @queued: the qnode list to pop a bio from
343  * @tg_to_put: optional out argument for throtl_grp to put
344  *
345  * Pop the first bio from the qnode list @queued.  After popping, the first
346  * qnode is removed from @queued if empty or moved to the end of @queued so
347  * that the popping order is round-robin.
348  *
349  * When the first qnode is removed, its associated throtl_grp should be put
350  * too.  If @tg_to_put is NULL, this function automatically puts it;
351  * otherwise, *@tg_to_put is set to the throtl_grp to put and the caller is
352  * responsible for putting it.
353  */
354 static struct bio *throtl_pop_queued(struct list_head *queued,
355                                      struct throtl_grp **tg_to_put)
356 {
357         struct throtl_qnode *qn = list_first_entry(queued, struct throtl_qnode, node);
358         struct bio *bio;
359
360         if (list_empty(queued))
361                 return NULL;
362
363         bio = bio_list_pop(&qn->bios);
364         WARN_ON_ONCE(!bio);
365
366         if (bio_list_empty(&qn->bios)) {
367                 list_del_init(&qn->node);
368                 if (tg_to_put)
369                         *tg_to_put = qn->tg;
370                 else
371                         blkg_put(tg_to_blkg(qn->tg));
372         } else {
373                 list_move_tail(&qn->node, queued);
374         }
375
376         return bio;
377 }
378
379 /* init a service_queue, assumes the caller zeroed it */
380 static void throtl_service_queue_init(struct throtl_service_queue *sq,
381                                       struct throtl_service_queue *parent_sq)
382 {
383         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[0]);
384         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[1]);
385         sq->pending_tree = RB_ROOT;
386         sq->parent_sq = parent_sq;
387         setup_timer(&sq->pending_timer, throtl_pending_timer_fn,
388                     (unsigned long)sq);
389 }
390
391 static void throtl_service_queue_exit(struct throtl_service_queue *sq)
392 {
393         del_timer_sync(&sq->pending_timer);
394 }
395
396 static void throtl_pd_init(struct blkcg_gq *blkg)
397 {
398         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
399         struct throtl_data *td = blkg->q->td;
400         struct throtl_service_queue *parent_sq;
401         unsigned long flags;
402         int rw;
403
404         /*
405          * If sane_hierarchy is enabled, we switch to properly hierarchical
406          * behavior where limits on a given throtl_grp are applied to the
407          * whole subtree rather than just the group itself.  e.g. If 16M
408          * read_bps limit is set on the root group, the whole system can't
409          * exceed 16M for the device.
410          *
411          * If sane_hierarchy is not enabled, the broken flat hierarchy
412          * behavior is retained where all throtl_grps are treated as if
413          * they're all separate root groups right below throtl_data.
414          * Limits of a group don't interact with limits of other groups
415          * regardless of the position of the group in the hierarchy.
416          */
417         parent_sq = &td->service_queue;
418
419         if (cgroup_sane_behavior(blkg->blkcg->css.cgroup) && blkg->parent)
420                 parent_sq = &blkg_to_tg(blkg->parent)->service_queue;
421
422         throtl_service_queue_init(&tg->service_queue, parent_sq);
423
424         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++) {
425                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_self[rw], tg);
426                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_parent[rw], tg);
427         }
428
429         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
430         tg->td = td;
431
432         tg->bps[READ] = -1;
433         tg->bps[WRITE] = -1;
434         tg->iops[READ] = -1;
435         tg->iops[WRITE] = -1;
436
437         /*
438          * Ugh... We need to perform per-cpu allocation for tg->stats_cpu
439          * but percpu allocator can't be called from IO path.  Queue tg on
440          * tg_stats_alloc_list and allocate from work item.
441          */
442         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
443         list_add(&tg->stats_alloc_node, &tg_stats_alloc_list);
444         schedule_delayed_work(&tg_stats_alloc_work, 0);
445         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
446 }
447
448 /*
449  * Set has_rules[] if @tg or any of its parents have limits configured.
450  * This doesn't require walking up to the top of the hierarchy as the
451  * parent's has_rules[] is guaranteed to be correct.
452  */
453 static void tg_update_has_rules(struct throtl_grp *tg)
454 {
455         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(tg->service_queue.parent_sq);
456         int rw;
457
458         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
459                 tg->has_rules[rw] = (parent_tg && parent_tg->has_rules[rw]) ||
460                                     (tg->bps[rw] != -1 || tg->iops[rw] != -1);
461 }
462
463 static void throtl_pd_online(struct blkcg_gq *blkg)
464 {
465         /*
466          * We don't want new groups to escape the limits of its ancestors.
467          * Update has_rules[] after a new group is brought online.
468          */
469         tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
470 }
471
472 static void throtl_pd_exit(struct blkcg_gq *blkg)
473 {
474         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
475         unsigned long flags;
476
477         spin_lock_irqsave(&tg_stats_alloc_lock, flags);
478         list_del_init(&tg->stats_alloc_node);
479         spin_unlock_irqrestore(&tg_stats_alloc_lock, flags);
480
481         free_percpu(tg->stats_cpu);
482
483         throtl_service_queue_exit(&tg->service_queue);
484 }
485
486 static void throtl_pd_reset_stats(struct blkcg_gq *blkg)
487 {
488         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
489         int cpu;
490
491         if (tg->stats_cpu == NULL)
492                 return;
493
494         for_each_possible_cpu(cpu) {
495                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
496
497                 blkg_rwstat_reset(&sc->service_bytes);
498                 blkg_rwstat_reset(&sc->serviced);
499         }
500 }
501
502 static struct throtl_grp *throtl_lookup_tg(struct throtl_data *td,
503                                            struct blkcg *blkcg)
504 {
505         /*
506          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
507          * in this case
508          */
509         if (blkcg == &blkcg_root)
510                 return td_root_tg(td);
511
512         return blkg_to_tg(blkg_lookup(blkcg, td->queue));
513 }
514
515 static struct throtl_grp *throtl_lookup_create_tg(struct throtl_data *td,
516                                                   struct blkcg *blkcg)
517 {
518         struct request_queue *q = td->queue;
519         struct throtl_grp *tg = NULL;
520
521         /*
522          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
523          * in this case
524          */
525         if (blkcg == &blkcg_root) {
526                 tg = td_root_tg(td);
527         } else {
528                 struct blkcg_gq *blkg;
529
530                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
531
532                 /* if %NULL and @q is alive, fall back to root_tg */
533                 if (!IS_ERR(blkg))
534                         tg = blkg_to_tg(blkg);
535                 else if (!blk_queue_dying(q))
536                         tg = td_root_tg(td);
537         }
538
539         return tg;
540 }
541
542 static struct throtl_grp *
543 throtl_rb_first(struct throtl_service_queue *parent_sq)
544 {
545         /* Service tree is empty */
546         if (!parent_sq->nr_pending)
547                 return NULL;
548
549         if (!parent_sq->first_pending)
550                 parent_sq->first_pending = rb_first(&parent_sq->pending_tree);
551
552         if (parent_sq->first_pending)
553                 return rb_entry_tg(parent_sq->first_pending);
554
555         return NULL;
556 }
557
558 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
559 {
560         rb_erase(n, root);
561         RB_CLEAR_NODE(n);
562 }
563
564 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n,
565                             struct throtl_service_queue *parent_sq)
566 {
567         if (parent_sq->first_pending == n)
568                 parent_sq->first_pending = NULL;
569         rb_erase_init(n, &parent_sq->pending_tree);
570         --parent_sq->nr_pending;
571 }
572
573 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_service_queue *parent_sq)
574 {
575         struct throtl_grp *tg;
576
577         tg = throtl_rb_first(parent_sq);
578         if (!tg)
579                 return;
580
581         parent_sq->first_pending_disptime = tg->disptime;
582 }
583
584 static void tg_service_queue_add(struct throtl_grp *tg)
585 {
586         struct throtl_service_queue *parent_sq = tg->service_queue.parent_sq;
587         struct rb_node **node = &parent_sq->pending_tree.rb_node;
588         struct rb_node *parent = NULL;
589         struct throtl_grp *__tg;
590         unsigned long key = tg->disptime;
591         int left = 1;
592
593         while (*node != NULL) {
594                 parent = *node;
595                 __tg = rb_entry_tg(parent);
596
597                 if (time_before(key, __tg->disptime))
598                         node = &parent->rb_left;
599                 else {
600                         node = &parent->rb_right;
601                         left = 0;
602                 }
603         }
604
605         if (left)
606                 parent_sq->first_pending = &tg->rb_node;
607
608         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
609         rb_insert_color(&tg->rb_node, &parent_sq->pending_tree);
610 }
611
612 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
613 {
614         tg_service_queue_add(tg);
615         tg->flags |= THROTL_TG_PENDING;
616         tg->service_queue.parent_sq->nr_pending++;
617 }
618
619 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
620 {
621         if (!(tg->flags & THROTL_TG_PENDING))
622                 __throtl_enqueue_tg(tg);
623 }
624
625 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
626 {
627         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, tg->service_queue.parent_sq);
628         tg->flags &= ~THROTL_TG_PENDING;
629 }
630
631 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
632 {
633         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING)
634                 __throtl_dequeue_tg(tg);
635 }
636
637 /* Call with queue lock held */
638 static void throtl_schedule_pending_timer(struct throtl_service_queue *sq,
639                                           unsigned long expires)
640 {
641         mod_timer(&sq->pending_timer, expires);
642         throtl_log(sq, "schedule timer. delay=%lu jiffies=%lu",
643                    expires - jiffies, jiffies);
644 }
645
646 /**
647  * throtl_schedule_next_dispatch - schedule the next dispatch cycle
648  * @sq: the service_queue to schedule dispatch for
649  * @force: force scheduling
650  *
651  * Arm @sq->pending_timer so that the next dispatch cycle starts on the
652  * dispatch time of the first pending child.  Returns %true if either timer
653  * is armed or there's no pending child left.  %false if the current
654  * dispatch window is still open and the caller should continue
655  * dispatching.
656  *
657  * If @force is %true, the dispatch timer is always scheduled and this
658  * function is guaranteed to return %true.  This is to be used when the
659  * caller can't dispatch itself and needs to invoke pending_timer
660  * unconditionally.  Note that forced scheduling is likely to induce short
661  * delay before dispatch starts even if @sq->first_pending_disptime is not
662  * in the future and thus shouldn't be used in hot paths.
663  */
664 static bool throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_service_queue *sq,
665                                           bool force)
666 {
667         /* any pending children left? */
668         if (!sq->nr_pending)
669                 return true;
670
671         update_min_dispatch_time(sq);
672
673         /* is the next dispatch time in the future? */
674         if (force || time_after(sq->first_pending_disptime, jiffies)) {
675                 throtl_schedule_pending_timer(sq, sq->first_pending_disptime);
676                 return true;
677         }
678
679         /* tell the caller to continue dispatching */
680         return false;
681 }
682
683 static inline void throtl_start_new_slice_with_credit(struct throtl_grp *tg,
684                 bool rw, unsigned long start)
685 {
686         tg->bytes_disp[rw] = 0;
687         tg->io_disp[rw] = 0;
688
689         /*
690          * Previous slice has expired. We must have trimmed it after last
691          * bio dispatch. That means since start of last slice, we never used
692          * that bandwidth. Do try to make use of that bandwidth while giving
693          * credit.
694          */
695         if (time_after_eq(start, tg->slice_start[rw]))
696                 tg->slice_start[rw] = start;
697
698         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
699         throtl_log(&tg->service_queue,
700                    "[%c] new slice with credit start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
701                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
702                    tg->slice_end[rw], jiffies);
703 }
704
705 static inline void throtl_start_new_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
706 {
707         tg->bytes_disp[rw] = 0;
708         tg->io_disp[rw] = 0;
709         tg->slice_start[rw] = jiffies;
710         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
711         throtl_log(&tg->service_queue,
712                    "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
713                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
714                    tg->slice_end[rw], jiffies);
715 }
716
717 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_grp *tg, bool rw,
718                                         unsigned long jiffy_end)
719 {
720         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
721 }
722
723 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw,
724                                        unsigned long jiffy_end)
725 {
726         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
727         throtl_log(&tg->service_queue,
728                    "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
729                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
730                    tg->slice_end[rw], jiffies);
731 }
732
733 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
734 static bool throtl_slice_used(struct throtl_grp *tg, bool rw)
735 {
736         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
737                 return 0;
738
739         return 1;
740 }
741
742 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
743 static inline void throtl_trim_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
744 {
745         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
746         u64 bytes_trim, tmp;
747
748         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
749
750         /*
751          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
752          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
753          * slice will start when appropriate.
754          */
755         if (throtl_slice_used(tg, rw))
756                 return;
757
758         /*
759          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
760          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
761          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
762          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
763          * is bad because it does not allow new slice to start.
764          */
765
766         throtl_set_slice_end(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
767
768         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
769
770         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
771
772         if (!nr_slices)
773                 return;
774         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
775         do_div(tmp, HZ);
776         bytes_trim = tmp;
777
778         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
779
780         if (!bytes_trim && !io_trim)
781                 return;
782
783         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
784                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
785         else
786                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
787
788         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
789                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
790         else
791                 tg->io_disp[rw] = 0;
792
793         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
794
795         throtl_log(&tg->service_queue,
796                    "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
797                    rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
798                    tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
799 }
800
801 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
802                                   unsigned long *wait)
803 {
804         bool rw = bio_data_dir(bio);
805         unsigned int io_allowed;
806         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
807         u64 tmp;
808
809         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
810
811         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
812         if (!jiffy_elapsed)
813                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
814
815         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
816
817         /*
818          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
819          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
820          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
821          * have been trimmed.
822          */
823
824         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
825         do_div(tmp, HZ);
826
827         if (tmp > UINT_MAX)
828                 io_allowed = UINT_MAX;
829         else
830                 io_allowed = tmp;
831
832         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
833                 if (wait)
834                         *wait = 0;
835                 return 1;
836         }
837
838         /* Calc approx time to dispatch */
839         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
840
841         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
842                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
843         else
844                 jiffy_wait = 1;
845
846         if (wait)
847                 *wait = jiffy_wait;
848         return 0;
849 }
850
851 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
852                                  unsigned long *wait)
853 {
854         bool rw = bio_data_dir(bio);
855         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
856         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
857
858         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
859
860         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
861         if (!jiffy_elapsed)
862                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
863
864         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
865
866         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
867         do_div(tmp, HZ);
868         bytes_allowed = tmp;
869
870         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size <= bytes_allowed) {
871                 if (wait)
872                         *wait = 0;
873                 return 1;
874         }
875
876         /* Calc approx time to dispatch */
877         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size - bytes_allowed;
878         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
879
880         if (!jiffy_wait)
881                 jiffy_wait = 1;
882
883         /*
884          * This wait time is without taking into consideration the rounding
885          * up we did. Add that time also.
886          */
887         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
888         if (wait)
889                 *wait = jiffy_wait;
890         return 0;
891 }
892
893 /*
894  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
895  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
896  */
897 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
898                             unsigned long *wait)
899 {
900         bool rw = bio_data_dir(bio);
901         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
902
903         /*
904          * Currently whole state machine of group depends on first bio
905          * queued in the group bio list. So one should not be calling
906          * this function with a different bio if there are other bios
907          * queued.
908          */
909         BUG_ON(tg->service_queue.nr_queued[rw] &&
910                bio != throtl_peek_queued(&tg->service_queue.queued[rw]));
911
912         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
913         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
914                 if (wait)
915                         *wait = 0;
916                 return 1;
917         }
918
919         /*
920          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
921          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
922          * long since now.
923          */
924         if (throtl_slice_used(tg, rw))
925                 throtl_start_new_slice(tg, rw);
926         else {
927                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
928                         throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
929         }
930
931         if (tg_with_in_bps_limit(tg, bio, &bps_wait) &&
932             tg_with_in_iops_limit(tg, bio, &iops_wait)) {
933                 if (wait)
934                         *wait = 0;
935                 return 1;
936         }
937
938         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
939
940         if (wait)
941                 *wait = max_wait;
942
943         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
944                 throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + max_wait);
945
946         return 0;
947 }
948
949 static void throtl_update_dispatch_stats(struct blkcg_gq *blkg, u64 bytes,
950                                          int rw)
951 {
952         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
953         struct tg_stats_cpu *stats_cpu;
954         unsigned long flags;
955
956         /* If per cpu stats are not allocated yet, don't do any accounting. */
957         if (tg->stats_cpu == NULL)
958                 return;
959
960         /*
961          * Disabling interrupts to provide mutual exclusion between two
962          * writes on same cpu. It probably is not needed for 64bit. Not
963          * optimizing that case yet.
964          */
965         local_irq_save(flags);
966
967         stats_cpu = this_cpu_ptr(tg->stats_cpu);
968
969         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->serviced, rw, 1);
970         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->service_bytes, rw, bytes);
971
972         local_irq_restore(flags);
973 }
974
975 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
976 {
977         bool rw = bio_data_dir(bio);
978
979         /* Charge the bio to the group */
980         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_size;
981         tg->io_disp[rw]++;
982
983         /*
984          * REQ_THROTTLED is used to prevent the same bio to be throttled
985          * more than once as a throttled bio will go through blk-throtl the
986          * second time when it eventually gets issued.  Set it when a bio
987          * is being charged to a tg.
988          *
989          * Dispatch stats aren't recursive and each @bio should only be
990          * accounted by the @tg it was originally associated with.  Let's
991          * update the stats when setting REQ_THROTTLED for the first time
992          * which is guaranteed to be for the @bio's original tg.
993          */
994         if (!(bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)) {
995                 bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
996                 throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg), bio->bi_size,
997                                              bio->bi_rw);
998         }
999 }
1000
1001 /**
1002  * throtl_add_bio_tg - add a bio to the specified throtl_grp
1003  * @bio: bio to add
1004  * @qn: qnode to use
1005  * @tg: the target throtl_grp
1006  *
1007  * Add @bio to @tg's service_queue using @qn.  If @qn is not specified,
1008  * tg->qnode_on_self[] is used.
1009  */
1010 static void throtl_add_bio_tg(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
1011                               struct throtl_grp *tg)
1012 {
1013         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1014         bool rw = bio_data_dir(bio);
1015
1016         if (!qn)
1017                 qn = &tg->qnode_on_self[rw];
1018
1019         /*
1020          * If @tg doesn't currently have any bios queued in the same
1021          * direction, queueing @bio can change when @tg should be
1022          * dispatched.  Mark that @tg was empty.  This is automatically
1023          * cleaered on the next tg_update_disptime().
1024          */
1025         if (!sq->nr_queued[rw])
1026                 tg->flags |= THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1027
1028         throtl_qnode_add_bio(bio, qn, &sq->queued[rw]);
1029
1030         sq->nr_queued[rw]++;
1031         throtl_enqueue_tg(tg);
1032 }
1033
1034 static void tg_update_disptime(struct throtl_grp *tg)
1035 {
1036         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1037         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
1038         struct bio *bio;
1039
1040         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1041                 tg_may_dispatch(tg, bio, &read_wait);
1042
1043         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1044                 tg_may_dispatch(tg, bio, &write_wait);
1045
1046         min_wait = min(read_wait, write_wait);
1047         disptime = jiffies + min_wait;
1048
1049         /* Update dispatch time */
1050         throtl_dequeue_tg(tg);
1051         tg->disptime = disptime;
1052         throtl_enqueue_tg(tg);
1053
1054         /* see throtl_add_bio_tg() */
1055         tg->flags &= ~THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1056 }
1057
1058 static void start_parent_slice_with_credit(struct throtl_grp *child_tg,
1059                                         struct throtl_grp *parent_tg, bool rw)
1060 {
1061         if (throtl_slice_used(parent_tg, rw)) {
1062                 throtl_start_new_slice_with_credit(parent_tg, rw,
1063                                 child_tg->slice_start[rw]);
1064         }
1065
1066 }
1067
1068 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_grp *tg, bool rw)
1069 {
1070         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1071         struct throtl_service_queue *parent_sq = sq->parent_sq;
1072         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(parent_sq);
1073         struct throtl_grp *tg_to_put = NULL;
1074         struct bio *bio;
1075
1076         /*
1077          * @bio is being transferred from @tg to @parent_sq.  Popping a bio
1078          * from @tg may put its reference and @parent_sq might end up
1079          * getting released prematurely.  Remember the tg to put and put it
1080          * after @bio is transferred to @parent_sq.
1081          */
1082         bio = throtl_pop_queued(&sq->queued[rw], &tg_to_put);
1083         sq->nr_queued[rw]--;
1084
1085         throtl_charge_bio(tg, bio);
1086
1087         /*
1088          * If our parent is another tg, we just need to transfer @bio to
1089          * the parent using throtl_add_bio_tg().  If our parent is
1090          * @td->service_queue, @bio is ready to be issued.  Put it on its
1091          * bio_lists[] and decrease total number queued.  The caller is
1092          * responsible for issuing these bios.
1093          */
1094         if (parent_tg) {
1095                 throtl_add_bio_tg(bio, &tg->qnode_on_parent[rw], parent_tg);
1096                 start_parent_slice_with_credit(tg, parent_tg, rw);
1097         } else {
1098                 throtl_qnode_add_bio(bio, &tg->qnode_on_parent[rw],
1099                                      &parent_sq->queued[rw]);
1100                 BUG_ON(tg->td->nr_queued[rw] <= 0);
1101                 tg->td->nr_queued[rw]--;
1102         }
1103
1104         throtl_trim_slice(tg, rw);
1105
1106         if (tg_to_put)
1107                 blkg_put(tg_to_blkg(tg_to_put));
1108 }
1109
1110 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_grp *tg)
1111 {
1112         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1113         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
1114         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
1115         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
1116         struct bio *bio;
1117
1118         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
1119
1120         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])) &&
1121                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1122
1123                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1124                 nr_reads++;
1125
1126                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
1127                         break;
1128         }
1129
1130         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])) &&
1131                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1132
1133                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1134                 nr_writes++;
1135
1136                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
1137                         break;
1138         }
1139
1140         return nr_reads + nr_writes;
1141 }
1142
1143 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1144 {
1145         unsigned int nr_disp = 0;
1146
1147         while (1) {
1148                 struct throtl_grp *tg = throtl_rb_first(parent_sq);
1149                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1150
1151                 if (!tg)
1152                         break;
1153
1154                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
1155                         break;
1156
1157                 throtl_dequeue_tg(tg);
1158
1159                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(tg);
1160
1161                 if (sq->nr_queued[0] || sq->nr_queued[1])
1162                         tg_update_disptime(tg);
1163
1164                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
1165                         break;
1166         }
1167
1168         return nr_disp;
1169 }
1170
1171 /**
1172  * throtl_pending_timer_fn - timer function for service_queue->pending_timer
1173  * @arg: the throtl_service_queue being serviced
1174  *
1175  * This timer is armed when a child throtl_grp with active bio's become
1176  * pending and queued on the service_queue's pending_tree and expires when
1177  * the first child throtl_grp should be dispatched.  This function
1178  * dispatches bio's from the children throtl_grps to the parent
1179  * service_queue.
1180  *
1181  * If the parent's parent is another throtl_grp, dispatching is propagated
1182  * by either arming its pending_timer or repeating dispatch directly.  If
1183  * the top-level service_tree is reached, throtl_data->dispatch_work is
1184  * kicked so that the ready bio's are issued.
1185  */
1186 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg)
1187 {
1188         struct throtl_service_queue *sq = (void *)arg;
1189         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
1190         struct throtl_data *td = sq_to_td(sq);
1191         struct request_queue *q = td->queue;
1192         struct throtl_service_queue *parent_sq;
1193         bool dispatched;
1194         int ret;
1195
1196         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1197 again:
1198         parent_sq = sq->parent_sq;
1199         dispatched = false;
1200
1201         while (true) {
1202                 throtl_log(sq, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
1203                            sq->nr_queued[READ] + sq->nr_queued[WRITE],
1204                            sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1205
1206                 ret = throtl_select_dispatch(sq);
1207                 if (ret) {
1208                         throtl_log(sq, "bios disp=%u", ret);
1209                         dispatched = true;
1210                 }
1211
1212                 if (throtl_schedule_next_dispatch(sq, false))
1213                         break;
1214
1215                 /* this dispatch windows is still open, relax and repeat */
1216                 spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1217                 cpu_relax();
1218                 spin_lock_irq(q->queue_lock);
1219         }
1220
1221         if (!dispatched)
1222                 goto out_unlock;
1223
1224         if (parent_sq) {
1225                 /* @parent_sq is another throl_grp, propagate dispatch */
1226                 if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1227                         tg_update_disptime(tg);
1228                         if (!throtl_schedule_next_dispatch(parent_sq, false)) {
1229                                 /* window is already open, repeat dispatching */
1230                                 sq = parent_sq;
1231                                 tg = sq_to_tg(sq);
1232                                 goto again;
1233                         }
1234                 }
1235         } else {
1236                 /* reached the top-level, queue issueing */
1237                 queue_work(kthrotld_workqueue, &td->dispatch_work);
1238         }
1239 out_unlock:
1240         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1241 }
1242
1243 /**
1244  * blk_throtl_dispatch_work_fn - work function for throtl_data->dispatch_work
1245  * @work: work item being executed
1246  *
1247  * This function is queued for execution when bio's reach the bio_lists[]
1248  * of throtl_data->service_queue.  Those bio's are ready and issued by this
1249  * function.
1250  */
1251 void blk_throtl_dispatch_work_fn(struct work_struct *work)
1252 {
1253         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
1254                                               dispatch_work);
1255         struct throtl_service_queue *td_sq = &td->service_queue;
1256         struct request_queue *q = td->queue;
1257         struct bio_list bio_list_on_stack;
1258         struct bio *bio;
1259         struct blk_plug plug;
1260         int rw;
1261
1262         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
1263
1264         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1265         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1266                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td_sq->queued[rw], NULL)))
1267                         bio_list_add(&bio_list_on_stack, bio);
1268         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1269
1270         if (!bio_list_empty(&bio_list_on_stack)) {
1271                 blk_start_plug(&plug);
1272                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
1273                         generic_make_request(bio);
1274                 blk_finish_plug(&plug);
1275         }
1276 }
1277
1278 static u64 tg_prfill_cpu_rwstat(struct seq_file *sf,
1279                                 struct blkg_policy_data *pd, int off)
1280 {
1281         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1282         struct blkg_rwstat rwstat = { }, tmp;
1283         int i, cpu;
1284
1285         for_each_possible_cpu(cpu) {
1286                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
1287
1288                 tmp = blkg_rwstat_read((void *)sc + off);
1289                 for (i = 0; i < BLKG_RWSTAT_NR; i++)
1290                         rwstat.cnt[i] += tmp.cnt[i];
1291         }
1292
1293         return __blkg_prfill_rwstat(sf, pd, &rwstat);
1294 }
1295
1296 static int tg_print_cpu_rwstat(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1297                                struct seq_file *sf)
1298 {
1299         struct blkcg *blkcg = cgroup_to_blkcg(cgrp);
1300
1301         blkcg_print_blkgs(sf, blkcg, tg_prfill_cpu_rwstat, &blkcg_policy_throtl,
1302                           cft->private, true);
1303         return 0;
1304 }
1305
1306 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1307                               int off)
1308 {
1309         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1310         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
1311
1312         if (v == -1)
1313                 return 0;
1314         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1315 }
1316
1317 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1318                                int off)
1319 {
1320         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1321         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
1322
1323         if (v == -1)
1324                 return 0;
1325         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1326 }
1327
1328 static int tg_print_conf_u64(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1329                              struct seq_file *sf)
1330 {
1331         blkcg_print_blkgs(sf, cgroup_to_blkcg(cgrp), tg_prfill_conf_u64,
1332                           &blkcg_policy_throtl, cft->private, false);
1333         return 0;
1334 }
1335
1336 static int tg_print_conf_uint(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1337                               struct seq_file *sf)
1338 {
1339         blkcg_print_blkgs(sf, cgroup_to_blkcg(cgrp), tg_prfill_conf_uint,
1340                           &blkcg_policy_throtl, cft->private, false);
1341         return 0;
1342 }
1343
1344 static int tg_set_conf(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft, const char *buf,
1345                        bool is_u64)
1346 {
1347         struct blkcg *blkcg = cgroup_to_blkcg(cgrp);
1348         struct blkg_conf_ctx ctx;
1349         struct throtl_grp *tg;
1350         struct throtl_service_queue *sq;
1351         struct blkcg_gq *blkg;
1352         struct cgroup *pos_cgrp;
1353         int ret;
1354
1355         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1356         if (ret)
1357                 return ret;
1358
1359         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1360         sq = &tg->service_queue;
1361
1362         if (!ctx.v)
1363                 ctx.v = -1;
1364
1365         if (is_u64)
1366                 *(u64 *)((void *)tg + cft->private) = ctx.v;
1367         else
1368                 *(unsigned int *)((void *)tg + cft->private) = ctx.v;
1369
1370         throtl_log(&tg->service_queue,
1371                    "limit change rbps=%llu wbps=%llu riops=%u wiops=%u",
1372                    tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
1373                    tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
1374
1375         /*
1376          * Update has_rules[] flags for the updated tg's subtree.  A tg is
1377          * considered to have rules if either the tg itself or any of its
1378          * ancestors has rules.  This identifies groups without any
1379          * restrictions in the whole hierarchy and allows them to bypass
1380          * blk-throttle.
1381          */
1382         tg_update_has_rules(tg);
1383         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_cgrp, ctx.blkg)
1384                 tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
1385
1386         /*
1387          * We're already holding queue_lock and know @tg is valid.  Let's
1388          * apply the new config directly.
1389          *
1390          * Restart the slices for both READ and WRITES. It might happen
1391          * that a group's limit are dropped suddenly and we don't want to
1392          * account recently dispatched IO with new low rate.
1393          */
1394         throtl_start_new_slice(tg, 0);
1395         throtl_start_new_slice(tg, 1);
1396
1397         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING) {
1398                 tg_update_disptime(tg);
1399                 throtl_schedule_next_dispatch(sq->parent_sq, true);
1400         }
1401
1402         blkg_conf_finish(&ctx);
1403         return 0;
1404 }
1405
1406 static int tg_set_conf_u64(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1407                            const char *buf)
1408 {
1409         return tg_set_conf(cgrp, cft, buf, true);
1410 }
1411
1412 static int tg_set_conf_uint(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,
1413                             const char *buf)
1414 {
1415         return tg_set_conf(cgrp, cft, buf, false);
1416 }
1417
1418 static struct cftype throtl_files[] = {
1419         {
1420                 .name = "throttle.read_bps_device",
1421                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1422                 .read_seq_string = tg_print_conf_u64,
1423                 .write_string = tg_set_conf_u64,
1424                 .max_write_len = 256,
1425         },
1426         {
1427                 .name = "throttle.write_bps_device",
1428                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1429                 .read_seq_string = tg_print_conf_u64,
1430                 .write_string = tg_set_conf_u64,
1431                 .max_write_len = 256,
1432         },
1433         {
1434                 .name = "throttle.read_iops_device",
1435                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1436                 .read_seq_string = tg_print_conf_uint,
1437                 .write_string = tg_set_conf_uint,
1438                 .max_write_len = 256,
1439         },
1440         {
1441                 .name = "throttle.write_iops_device",
1442                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1443                 .read_seq_string = tg_print_conf_uint,
1444                 .write_string = tg_set_conf_uint,
1445                 .max_write_len = 256,
1446         },
1447         {
1448                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1449                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, service_bytes),
1450                 .read_seq_string = tg_print_cpu_rwstat,
1451         },
1452         {
1453                 .name = "throttle.io_serviced",
1454                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, serviced),
1455                 .read_seq_string = tg_print_cpu_rwstat,
1456         },
1457         { }     /* terminate */
1458 };
1459
1460 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1461 {
1462         struct throtl_data *td = q->td;
1463
1464         cancel_work_sync(&td->dispatch_work);
1465 }
1466
1467 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1468         .pd_size                = sizeof(struct throtl_grp),
1469         .cftypes                = throtl_files,
1470
1471         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1472         .pd_online_fn           = throtl_pd_online,
1473         .pd_exit_fn             = throtl_pd_exit,
1474         .pd_reset_stats_fn      = throtl_pd_reset_stats,
1475 };
1476
1477 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1478 {
1479         struct throtl_data *td = q->td;
1480         struct throtl_qnode *qn = NULL;
1481         struct throtl_grp *tg;
1482         struct throtl_service_queue *sq;
1483         bool rw = bio_data_dir(bio);
1484         struct blkcg *blkcg;
1485         bool throttled = false;
1486
1487         /* see throtl_charge_bio() */
1488         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)
1489                 goto out;
1490
1491         /*
1492          * A throtl_grp pointer retrieved under rcu can be used to access
1493          * basic fields like stats and io rates. If a group has no rules,
1494          * just update the dispatch stats in lockless manner and return.
1495          */
1496         rcu_read_lock();
1497         blkcg = bio_blkcg(bio);
1498         tg = throtl_lookup_tg(td, blkcg);
1499         if (tg) {
1500                 if (!tg->has_rules[rw]) {
1501                         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1502                                                      bio->bi_size, bio->bi_rw);
1503                         goto out_unlock_rcu;
1504                 }
1505         }
1506
1507         /*
1508          * Either group has not been allocated yet or it is not an unlimited
1509          * IO group
1510          */
1511         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1512         tg = throtl_lookup_create_tg(td, blkcg);
1513         if (unlikely(!tg))
1514                 goto out_unlock;
1515
1516         sq = &tg->service_queue;
1517
1518         while (true) {
1519                 /* throtl is FIFO - if bios are already queued, should queue */
1520                 if (sq->nr_queued[rw])
1521                         break;
1522
1523                 /* if above limits, break to queue */
1524                 if (!tg_may_dispatch(tg, bio, NULL))
1525                         break;
1526
1527                 /* within limits, let's charge and dispatch directly */
1528                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1529
1530                 /*
1531                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1532                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1533                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1534                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1535                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1536                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1537                  * time.
1538                  *
1539                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1540                  */
1541                 throtl_trim_slice(tg, rw);
1542
1543                 /*
1544                  * @bio passed through this layer without being throttled.
1545                  * Climb up the ladder.  If we''re already at the top, it
1546                  * can be executed directly.
1547                  */
1548                 qn = &tg->qnode_on_parent[rw];
1549                 sq = sq->parent_sq;
1550                 tg = sq_to_tg(sq);
1551                 if (!tg)
1552                         goto out_unlock;
1553         }
1554
1555         /* out-of-limit, queue to @tg */
1556         throtl_log(sq, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1557                    rw == READ ? 'R' : 'W',
1558                    tg->bytes_disp[rw], bio->bi_size, tg->bps[rw],
1559                    tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1560                    sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1561
1562         bio_associate_current(bio);
1563         tg->td->nr_queued[rw]++;
1564         throtl_add_bio_tg(bio, qn, tg);
1565         throttled = true;
1566
1567         /*
1568          * Update @tg's dispatch time and force schedule dispatch if @tg
1569          * was empty before @bio.  The forced scheduling isn't likely to
1570          * cause undue delay as @bio is likely to be dispatched directly if
1571          * its @tg's disptime is not in the future.
1572          */
1573         if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1574                 tg_update_disptime(tg);
1575                 throtl_schedule_next_dispatch(tg->service_queue.parent_sq, true);
1576         }
1577
1578 out_unlock:
1579         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1580 out_unlock_rcu:
1581         rcu_read_unlock();
1582 out:
1583         /*
1584          * As multiple blk-throtls may stack in the same issue path, we
1585          * don't want bios to leave with the flag set.  Clear the flag if
1586          * being issued.
1587          */
1588         if (!throttled)
1589                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1590         return throttled;
1591 }
1592
1593 /*
1594  * Dispatch all bios from all children tg's queued on @parent_sq.  On
1595  * return, @parent_sq is guaranteed to not have any active children tg's
1596  * and all bios from previously active tg's are on @parent_sq->bio_lists[].
1597  */
1598 static void tg_drain_bios(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1599 {
1600         struct throtl_grp *tg;
1601
1602         while ((tg = throtl_rb_first(parent_sq))) {
1603                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1604                 struct bio *bio;
1605
1606                 throtl_dequeue_tg(tg);
1607
1608                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1609                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1610                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1611                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1612         }
1613 }
1614
1615 /**
1616  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1617  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1618  *
1619  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1620  */
1621 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1622         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1623 {
1624         struct throtl_data *td = q->td;
1625         struct blkcg_gq *blkg;
1626         struct cgroup *pos_cgrp;
1627         struct bio *bio;
1628         int rw;
1629
1630         queue_lockdep_assert_held(q);
1631         rcu_read_lock();
1632
1633         /*
1634          * Drain each tg while doing post-order walk on the blkg tree, so
1635          * that all bios are propagated to td->service_queue.  It'd be
1636          * better to walk service_queue tree directly but blkg walk is
1637          * easier.
1638          */
1639         blkg_for_each_descendant_post(blkg, pos_cgrp, td->queue->root_blkg)
1640                 tg_drain_bios(&blkg_to_tg(blkg)->service_queue);
1641
1642         tg_drain_bios(&td_root_tg(td)->service_queue);
1643
1644         /* finally, transfer bios from top-level tg's into the td */
1645         tg_drain_bios(&td->service_queue);
1646
1647         rcu_read_unlock();
1648         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1649
1650         /* all bios now should be in td->service_queue, issue them */
1651         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1652                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td->service_queue.queued[rw],
1653                                                 NULL)))
1654                         generic_make_request(bio);
1655
1656         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1657 }
1658
1659 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1660 {
1661         struct throtl_data *td;
1662         int ret;
1663
1664         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1665         if (!td)
1666                 return -ENOMEM;
1667
1668         INIT_WORK(&td->dispatch_work, blk_throtl_dispatch_work_fn);
1669         throtl_service_queue_init(&td->service_queue, NULL);
1670
1671         q->td = td;
1672         td->queue = q;
1673
1674         /* activate policy */
1675         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1676         if (ret)
1677                 kfree(td);
1678         return ret;
1679 }
1680
1681 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1682 {
1683         BUG_ON(!q->td);
1684         throtl_shutdown_wq(q);
1685         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1686         kfree(q->td);
1687 }
1688
1689 static int __init throtl_init(void)
1690 {
1691         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1692         if (!kthrotld_workqueue)
1693                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1694
1695         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1696 }
1697
1698 module_init(throtl_init);