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