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
  14 /* Max dispatch from a group in 1 round */
  15 static int throtl_grp_quantum = 8;
  16
  17 /* Total max dispatch from all groups in one round */
  18 static int throtl_quantum = 32;
  19
  20 /* Throttling is performed over 100ms slice and after that slice is renewed */
  21 static unsigned long throtl_slice = HZ/10;      /* 100 ms */
  22
  23 struct throtl_rb_root {
  24         struct rb_root rb;
  25         struct rb_node *left;
  26         unsigned int count;
  27         unsigned long min_disptime;
  28 };
  29
  30 #define THROTL_RB_ROOT  (struct throtl_rb_root) { .rb = RB_ROOT, .left = NULL, \
  31                         .count = 0, .min_disptime = 0}
  32
  33 #define rb_entry_tg(node)       rb_entry((node), struct throtl_grp, rb_node)
  34
  35 struct throtl_grp {
  36         /* List of throtl groups on the request queue*/
  37         struct hlist_node tg_node;
  38
  39         /* active throtl group service_tree member */
  40         struct rb_node rb_node;
  41
  42         /*
  43          * Dispatch time in jiffies. This is the estimated time when group
  44          * will unthrottle and is ready to dispatch more bio. It is used as
  45          * key to sort active groups in service tree.
  46          */
  47         unsigned long disptime;
  48
  49         struct blkio_group blkg;
  50         atomic_t ref;
  51         unsigned int flags;
  52
  53         /* Two lists for READ and WRITE */
  54         struct bio_list bio_lists[2];
  55
  56         /* Number of queued bios on READ and WRITE lists */
  57         unsigned int nr_queued[2];
  58
  59         /* bytes per second rate limits */
  60         uint64_t bps[2];
  61
  62         /* IOPS limits */
  63         unsigned int iops[2];
  64
  65         /* Number of bytes disptached in current slice */
  66         uint64_t bytes_disp[2];
  67         /* Number of bio's dispatched in current slice */
  68         unsigned int io_disp[2];
  69
  70         /* When did we start a new slice */
  71         unsigned long slice_start[2];
  72         unsigned long slice_end[2];
  73
  74         /* Some throttle limits got updated for the group */
  75         bool limits_changed;
  76 };
  77
  78 struct throtl_data
  79 {
  80         /* List of throtl groups */
  81         struct hlist_head tg_list;
  82
  83         /* service tree for active throtl groups */
  84         struct throtl_rb_root tg_service_tree;
  85
  86         struct throtl_grp root_tg;
  87         struct request_queue *queue;
  88
  89         /* Total Number of queued bios on READ and WRITE lists */
  90         unsigned int nr_queued[2];
  91
  92         /*
  93          * number of total undestroyed groups
  94          */
  95         unsigned int nr_undestroyed_grps;
  96
  97         /* Work for dispatching throttled bios */
  98         struct delayed_work throtl_work;
  99
 100         atomic_t limits_changed;
 101 };
 102
 103 enum tg_state_flags {
 104         THROTL_TG_FLAG_on_rr = 0,       /* on round-robin busy list */
 105 };
 106
 107 #define THROTL_TG_FNS(name)                                             \
 108 static inline void throtl_mark_tg_##name(struct throtl_grp *tg)         \
 109 {                                                                       \
 110         (tg)->flags |= (1 << THROTL_TG_FLAG_##name);                    \
 111 }                                                                       \
 112 static inline void throtl_clear_tg_##name(struct throtl_grp *tg)        \
 113 {                                                                       \
 114         (tg)->flags &= ~(1 << THROTL_TG_FLAG_##name);                   \
 115 }                                                                       \
 116 static inline int throtl_tg_##name(const struct throtl_grp *tg)         \
 117 {                                                                       \
 118         return ((tg)->flags & (1 << THROTL_TG_FLAG_##name)) != 0;       \
 119 }
 120
 121 THROTL_TG_FNS(on_rr);
 122
 123 #define throtl_log_tg(td, tg, fmt, args...)                             \
 124         blk_add_trace_msg((td)->queue, "throtl %s " fmt,                \
 125                                 blkg_path(&(tg)->blkg), ##args);        \
 126
 127 #define throtl_log(td, fmt, args...)    \
 128         blk_add_trace_msg((td)->queue, "throtl " fmt, ##args)
 129
 130 static inline struct throtl_grp *tg_of_blkg(struct blkio_group *blkg)
 131 {
 132         if (blkg)
 133                 return container_of(blkg, struct throtl_grp, blkg);
 134
 135         return NULL;
 136 }
 137
 138 static inline int total_nr_queued(struct throtl_data *td)
 139 {
 140         return (td->nr_queued[0] + td->nr_queued[1]);
 141 }
 142
 143 static inline struct throtl_grp *throtl_ref_get_tg(struct throtl_grp *tg)
 144 {
 145         atomic_inc(&tg->ref);
 146         return tg;
 147 }
 148
 149 static void throtl_put_tg(struct throtl_grp *tg)
 150 {
 151         BUG_ON(atomic_read(&tg->ref) <= 0);
 152         if (!atomic_dec_and_test(&tg->ref))
 153                 return;
 154         kfree(tg);
 155 }
 156
 157 static struct throtl_grp * throtl_find_alloc_tg(struct throtl_data *td,
 158                         struct cgroup *cgroup)
 159 {
 160         struct blkio_cgroup *blkcg = cgroup_to_blkio_cgroup(cgroup);
 161         struct throtl_grp *tg = NULL;
 162         void *key = td;
 163         struct backing_dev_info *bdi = &td->queue->backing_dev_info;
 164         unsigned int major, minor;
 165
 166         /*
 167          * TODO: Speed up blkiocg_lookup_group() by maintaining a radix
 168          * tree of blkg (instead of traversing through hash list all
 169          * the time.
 170          */
 171         tg = tg_of_blkg(blkiocg_lookup_group(blkcg, key));
 172
 173         /* Fill in device details for root group */
 174         if (tg && !tg->blkg.dev && bdi->dev && dev_name(bdi->dev)) {
 175                 sscanf(dev_name(bdi->dev), "%u:%u", &major, &minor);
 176                 tg->blkg.dev = MKDEV(major, minor);
 177                 goto done;
 178         }
 179
 180         if (tg)
 181                 goto done;
 182
 183         tg = kzalloc_node(sizeof(*tg), GFP_ATOMIC, td->queue->node);
 184         if (!tg)
 185                 goto done;
 186
 187         INIT_HLIST_NODE(&tg->tg_node);
 188         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
 189         bio_list_init(&tg->bio_lists[0]);
 190         bio_list_init(&tg->bio_lists[1]);
 191
 192         /*
 193          * Take the initial reference that will be released on destroy
 194          * This can be thought of a joint reference by cgroup and
 195          * request queue which will be dropped by either request queue
 196          * exit or cgroup deletion path depending on who is exiting first.
 197          */
 198         atomic_set(&tg->ref, 1);
 199
 200         /* Add group onto cgroup list */
 201         sscanf(dev_name(bdi->dev), "%u:%u", &major, &minor);
 202         blkiocg_add_blkio_group(blkcg, &tg->blkg, (void *)td,
 203                                 MKDEV(major, minor), BLKIO_POLICY_THROTL);
 204
 205         tg->bps[READ] = blkcg_get_read_bps(blkcg, tg->blkg.dev);
 206         tg->bps[WRITE] = blkcg_get_write_bps(blkcg, tg->blkg.dev);
 207         tg->iops[READ] = blkcg_get_read_iops(blkcg, tg->blkg.dev);
 208         tg->iops[WRITE] = blkcg_get_write_iops(blkcg, tg->blkg.dev);
 209
 210         hlist_add_head(&tg->tg_node, &td->tg_list);
 211         td->nr_undestroyed_grps++;
 212 done:
 213         return tg;
 214 }
 215
 216 static struct throtl_grp * throtl_get_tg(struct throtl_data *td)
 217 {
 218         struct cgroup *cgroup;
 219         struct throtl_grp *tg = NULL;
 220
 221         rcu_read_lock();
 222         cgroup = task_cgroup(current, blkio_subsys_id);
 223         tg = throtl_find_alloc_tg(td, cgroup);
 224         if (!tg)
 225                 tg = &td->root_tg;
 226         rcu_read_unlock();
 227         return tg;
 228 }
 229
 230 static struct throtl_grp *throtl_rb_first(struct throtl_rb_root *root)
 231 {
 232         /* Service tree is empty */
 233         if (!root->count)
 234                 return NULL;
 235
 236         if (!root->left)
 237                 root->left = rb_first(&root->rb);
 238
 239         if (root->left)
 240                 return rb_entry_tg(root->left);
 241
 242         return NULL;
 243 }
 244
 245 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
 246 {
 247         rb_erase(n, root);
 248         RB_CLEAR_NODE(n);
 249 }
 250
 251 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n, struct throtl_rb_root *root)
 252 {
 253         if (root->left == n)
 254                 root->left = NULL;
 255         rb_erase_init(n, &root->rb);
 256         --root->count;
 257 }
 258
 259 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_rb_root *st)
 260 {
 261         struct throtl_grp *tg;
 262
 263         tg = throtl_rb_first(st);
 264         if (!tg)
 265                 return;
 266
 267         st->min_disptime = tg->disptime;
 268 }
 269
 270 static void
 271 tg_service_tree_add(struct throtl_rb_root *st, struct throtl_grp *tg)
 272 {
 273         struct rb_node **node = &st->rb.rb_node;
 274         struct rb_node *parent = NULL;
 275         struct throtl_grp *__tg;
 276         unsigned long key = tg->disptime;
 277         int left = 1;
 278
 279         while (*node != NULL) {
 280                 parent = *node;
 281                 __tg = rb_entry_tg(parent);
 282
 283                 if (time_before(key, __tg->disptime))
 284                         node = &parent->rb_left;
 285                 else {
 286                         node = &parent->rb_right;
 287                         left = 0;
 288                 }
 289         }
 290
 291         if (left)
 292                 st->left = &tg->rb_node;
 293
 294         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
 295         rb_insert_color(&tg->rb_node, &st->rb);
 296 }
 297
 298 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 299 {
 300         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
 301
 302         tg_service_tree_add(st, tg);
 303         throtl_mark_tg_on_rr(tg);
 304         st->count++;
 305 }
 306
 307 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 308 {
 309         if (!throtl_tg_on_rr(tg))
 310                 __throtl_enqueue_tg(td, tg);
 311 }
 312
 313 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 314 {
 315         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, &td->tg_service_tree);
 316         throtl_clear_tg_on_rr(tg);
 317 }
 318
 319 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 320 {
 321         if (throtl_tg_on_rr(tg))
 322                 __throtl_dequeue_tg(td, tg);
 323 }
 324
 325 static void throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_data *td)
 326 {
 327         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
 328
 329         /*
 330          * If there are more bios pending, schedule more work.
 331          */
 332         if (!total_nr_queued(td))
 333                 return;
 334
 335         BUG_ON(!st->count);
 336
 337         update_min_dispatch_time(st);
 338
 339         if (time_before_eq(st->min_disptime, jiffies))
 340                 throtl_schedule_delayed_work(td->queue, 0);
 341         else
 342                 throtl_schedule_delayed_work(td->queue,
 343                                 (st->min_disptime - jiffies));
 344 }
 345
 346 static inline void
 347 throtl_start_new_slice(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg, bool rw)
 348 {
 349         tg->bytes_disp[rw] = 0;
 350         tg->io_disp[rw] = 0;
 351         tg->slice_start[rw] = jiffies;
 352         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
 353         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 354                         rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 355                         tg->slice_end[rw], jiffies);
 356 }
 357
 358 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_data *td,
 359                 struct throtl_grp *tg, bool rw, unsigned long jiffy_end)
 360 {
 361         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
 362         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 363                         rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
 364                         tg->slice_end[rw], jiffies);
 365 }
 366
 367 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
 368 static bool
 369 throtl_slice_used(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg, bool rw)
 370 {
 371         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
 372                 return 0;
 373
 374         return 1;
 375 }
 376
 377 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
 378 static inline void
 379 throtl_trim_slice(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg, bool rw)
 380 {
 381         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
 382         u64 bytes_trim, tmp;
 383
 384         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
 385
 386         /*
 387          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
 388          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
 389          * slice will start when appropriate.
 390          */
 391         if (throtl_slice_used(td, tg, rw))
 392                 return;
 393
 394         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
 395
 396         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
 397
 398         if (!nr_slices)
 399                 return;
 400         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
 401         do_div(tmp, HZ);
 402         bytes_trim = tmp;
 403
 404         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
 405
 406         if (!bytes_trim && !io_trim)
 407                 return;
 408
 409         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
 410                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
 411         else
 412                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
 413
 414         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
 415                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
 416         else
 417                 tg->io_disp[rw] = 0;
 418
 419         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
 420
 421         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu"
 422                         " start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
 423                         rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
 424                         tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
 425 }
 426
 427 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 428                 struct bio *bio, unsigned long *wait)
 429 {
 430         bool rw = bio_data_dir(bio);
 431         unsigned int io_allowed;
 432         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
 433         u64 tmp;
 434
 435         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
 436
 437         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
 438         if (!jiffy_elapsed)
 439                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
 440
 441         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
 442
 443         /*
 444          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
 445          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
 446          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
 447          * have been trimmed.
 448          */
 449
 450         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
 451         do_div(tmp, HZ);
 452
 453         if (tmp > UINT_MAX)
 454                 io_allowed = UINT_MAX;
 455         else
 456                 io_allowed = tmp;
 457
 458         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
 459                 if (wait)
 460                         *wait = 0;
 461                 return 1;
 462         }
 463
 464         /* Calc approx time to dispatch */
 465         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
 466
 467         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
 468                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
 469         else
 470                 jiffy_wait = 1;
 471
 472         if (wait)
 473                 *wait = jiffy_wait;
 474         return 0;
 475 }
 476
 477 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 478                 struct bio *bio, unsigned long *wait)
 479 {
 480         bool rw = bio_data_dir(bio);
 481         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
 482         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
 483
 484         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
 485
 486         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
 487         if (!jiffy_elapsed)
 488                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
 489
 490         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
 491
 492         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
 493         do_div(tmp, HZ);
 494         bytes_allowed = tmp;
 495
 496         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size <= bytes_allowed) {
 497                 if (wait)
 498                         *wait = 0;
 499                 return 1;
 500         }
 501
 502         /* Calc approx time to dispatch */
 503         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_size - bytes_allowed;
 504         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
 505
 506         if (!jiffy_wait)
 507                 jiffy_wait = 1;
 508
 509         /*
 510          * This wait time is without taking into consideration the rounding
 511          * up we did. Add that time also.
 512          */
 513         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
 514         if (wait)
 515                 *wait = jiffy_wait;
 516         return 0;
 517 }
 518
 519 /*
 520  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
 521  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
 522  */
 523 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 524                                 struct bio *bio, unsigned long *wait)
 525 {
 526         bool rw = bio_data_dir(bio);
 527         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
 528
 529         /*
 530          * Currently whole state machine of group depends on first bio
 531          * queued in the group bio list. So one should not be calling
 532          * this function with a different bio if there are other bios
 533          * queued.
 534          */
 535         BUG_ON(tg->nr_queued[rw] && bio != bio_list_peek(&tg->bio_lists[rw]));
 536
 537         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
 538         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
 539                 if (wait)
 540                         *wait = 0;
 541                 return 1;
 542         }
 543
 544         /*
 545          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
 546          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
 547          * long since now.
 548          */
 549         if (throtl_slice_used(td, tg, rw))
 550                 throtl_start_new_slice(td, tg, rw);
 551         else {
 552                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
 553                         throtl_extend_slice(td, tg, rw, jiffies + throtl_slice);
 554         }
 555
 556         if (tg_with_in_bps_limit(td, tg, bio, &bps_wait)
 557             && tg_with_in_iops_limit(td, tg, bio, &iops_wait)) {
 558                 if (wait)
 559                         *wait = 0;
 560                 return 1;
 561         }
 562
 563         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
 564
 565         if (wait)
 566                 *wait = max_wait;
 567
 568         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
 569                 throtl_extend_slice(td, tg, rw, jiffies + max_wait);
 570
 571         return 0;
 572 }
 573
 574 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
 575 {
 576         bool rw = bio_data_dir(bio);
 577         bool sync = bio->bi_rw & REQ_SYNC;
 578
 579         /* Charge the bio to the group */
 580         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_size;
 581         tg->io_disp[rw]++;
 582
 583         /*
 584          * TODO: This will take blkg->stats_lock. Figure out a way
 585          * to avoid this cost.
 586          */
 587         blkiocg_update_dispatch_stats(&tg->blkg, bio->bi_size, rw, sync);
 588 }
 589
 590 static void throtl_add_bio_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 591                         struct bio *bio)
 592 {
 593         bool rw = bio_data_dir(bio);
 594
 595         bio_list_add(&tg->bio_lists[rw], bio);
 596         /* Take a bio reference on tg */
 597         throtl_ref_get_tg(tg);
 598         tg->nr_queued[rw]++;
 599         td->nr_queued[rw]++;
 600         throtl_enqueue_tg(td, tg);
 601 }
 602
 603 static void tg_update_disptime(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 604 {
 605         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
 606         struct bio *bio;
 607
 608         if ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[READ])))
 609                 tg_may_dispatch(td, tg, bio, &read_wait);
 610
 611         if ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[WRITE])))
 612                 tg_may_dispatch(td, tg, bio, &write_wait);
 613
 614         min_wait = min(read_wait, write_wait);
 615         disptime = jiffies + min_wait;
 616
 617         /* Update dispatch time */
 618         throtl_dequeue_tg(td, tg);
 619         tg->disptime = disptime;
 620         throtl_enqueue_tg(td, tg);
 621 }
 622
 623 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 624                                 bool rw, struct bio_list *bl)
 625 {
 626         struct bio *bio;
 627
 628         bio = bio_list_pop(&tg->bio_lists[rw]);
 629         tg->nr_queued[rw]--;
 630         /* Drop bio reference on tg */
 631         throtl_put_tg(tg);
 632
 633         BUG_ON(td->nr_queued[rw] <= 0);
 634         td->nr_queued[rw]--;
 635
 636         throtl_charge_bio(tg, bio);
 637         bio_list_add(bl, bio);
 638         bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
 639
 640         throtl_trim_slice(td, tg, rw);
 641 }
 642
 643 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg,
 644                                 struct bio_list *bl)
 645 {
 646         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
 647         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
 648         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - nr_reads;
 649         struct bio *bio;
 650
 651         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
 652
 653         while ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[READ]))
 654                 && tg_may_dispatch(td, tg, bio, NULL)) {
 655
 656                 tg_dispatch_one_bio(td, tg, bio_data_dir(bio), bl);
 657                 nr_reads++;
 658
 659                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
 660                         break;
 661         }
 662
 663         while ((bio = bio_list_peek(&tg->bio_lists[WRITE]))
 664                 && tg_may_dispatch(td, tg, bio, NULL)) {
 665
 666                 tg_dispatch_one_bio(td, tg, bio_data_dir(bio), bl);
 667                 nr_writes++;
 668
 669                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
 670                         break;
 671         }
 672
 673         return nr_reads + nr_writes;
 674 }
 675
 676 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_data *td, struct bio_list *bl)
 677 {
 678         unsigned int nr_disp = 0;
 679         struct throtl_grp *tg;
 680         struct throtl_rb_root *st = &td->tg_service_tree;
 681
 682         while (1) {
 683                 tg = throtl_rb_first(st);
 684
 685                 if (!tg)
 686                         break;
 687
 688                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
 689                         break;
 690
 691                 throtl_dequeue_tg(td, tg);
 692
 693                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(td, tg, bl);
 694
 695                 if (tg->nr_queued[0] || tg->nr_queued[1]) {
 696                         tg_update_disptime(td, tg);
 697                         throtl_enqueue_tg(td, tg);
 698                 }
 699
 700                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
 701                         break;
 702         }
 703
 704         return nr_disp;
 705 }
 706
 707 static void throtl_process_limit_change(struct throtl_data *td)
 708 {
 709         struct throtl_grp *tg;
 710         struct hlist_node *pos, *n;
 711
 712         /*
 713          * Make sure atomic_inc() effects from
 714          * throtl_update_blkio_group_read_bps(), group of functions are
 715          * visible.
 716          * Is this required or smp_mb__after_atomic_inc() was suffcient
 717          * after the atomic_inc().
 718          */
 719         smp_rmb();
 720         if (!atomic_read(&td->limits_changed))
 721                 return;
 722
 723         throtl_log(td, "limit changed =%d", atomic_read(&td->limits_changed));
 724
 725         hlist_for_each_entry_safe(tg, pos, n, &td->tg_list, tg_node) {
 726                 /*
 727                  * Do I need an smp_rmb() here to make sure tg->limits_changed
 728                  * update is visible. I am relying on smp_rmb() at the
 729                  * beginning of function and not putting a new one here.
 730                  */
 731
 732                 if (throtl_tg_on_rr(tg) && tg->limits_changed) {
 733                         throtl_log_tg(td, tg, "limit change rbps=%llu wbps=%llu"
 734                                 " riops=%u wiops=%u", tg->bps[READ],
 735                                 tg->bps[WRITE], tg->iops[READ],
 736                                 tg->iops[WRITE]);
 737                         tg_update_disptime(td, tg);
 738                         tg->limits_changed = false;
 739                 }
 740         }
 741
 742         smp_mb__before_atomic_dec();
 743         atomic_dec(&td->limits_changed);
 744         smp_mb__after_atomic_dec();
 745 }
 746
 747 /* Dispatch throttled bios. Should be called without queue lock held. */
 748 static int throtl_dispatch(struct request_queue *q)
 749 {
 750         struct throtl_data *td = q->td;
 751         unsigned int nr_disp = 0;
 752         struct bio_list bio_list_on_stack;
 753         struct bio *bio;
 754
 755         spin_lock_irq(q->queue_lock);
 756
 757         throtl_process_limit_change(td);
 758
 759         if (!total_nr_queued(td))
 760                 goto out;
 761
 762         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
 763
 764         throtl_log(td, "dispatch nr_queued=%lu read=%u write=%u",
 765                         total_nr_queued(td), td->nr_queued[READ],
 766                         td->nr_queued[WRITE]);
 767
 768         nr_disp = throtl_select_dispatch(td, &bio_list_on_stack);
 769
 770         if (nr_disp)
 771                 throtl_log(td, "bios disp=%u", nr_disp);
 772
 773         throtl_schedule_next_dispatch(td);
 774 out:
 775         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
 776
 777         /*
 778          * If we dispatched some requests, unplug the queue to make sure
 779          * immediate dispatch
 780          */
 781         if (nr_disp) {
 782                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
 783                         generic_make_request(bio);
 784                 blk_unplug(q);
 785         }
 786         return nr_disp;
 787 }
 788
 789 void blk_throtl_work(struct work_struct *work)
 790 {
 791         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
 792                                         throtl_work.work);
 793         struct request_queue *q = td->queue;
 794
 795         throtl_dispatch(q);
 796 }
 797
 798 /* Call with queue lock held */
 799 void throtl_schedule_delayed_work(struct request_queue *q, unsigned long delay)
 800 {
 801
 802         struct throtl_data *td = q->td;
 803         struct delayed_work *dwork = &td->throtl_work;
 804
 805         if (total_nr_queued(td) > 0) {
 806                 /*
 807                  * We might have a work scheduled to be executed in future.
 808                  * Cancel that and schedule a new one.
 809                  */
 810                 __cancel_delayed_work(dwork);
 811                 kblockd_schedule_delayed_work(q, dwork, delay);
 812                 throtl_log(td, "schedule work. delay=%lu jiffies=%lu",
 813                                 delay, jiffies);
 814         }
 815 }
 816 EXPORT_SYMBOL(throtl_schedule_delayed_work);
 817
 818 static void
 819 throtl_destroy_tg(struct throtl_data *td, struct throtl_grp *tg)
 820 {
 821         /* Something wrong if we are trying to remove same group twice */
 822         BUG_ON(hlist_unhashed(&tg->tg_node));
 823
 824         hlist_del_init(&tg->tg_node);
 825
 826         /*
 827          * Put the reference taken at the time of creation so that when all
 828          * queues are gone, group can be destroyed.
 829          */
 830         throtl_put_tg(tg);
 831         td->nr_undestroyed_grps--;
 832 }
 833
 834 static void throtl_release_tgs(struct throtl_data *td)
 835 {
 836         struct hlist_node *pos, *n;
 837         struct throtl_grp *tg;
 838
 839         hlist_for_each_entry_safe(tg, pos, n, &td->tg_list, tg_node) {
 840                 /*
 841                  * If cgroup removal path got to blk_group first and removed
 842                  * it from cgroup list, then it will take care of destroying
 843                  * cfqg also.
 844                  */
 845                 if (!blkiocg_del_blkio_group(&tg->blkg))
 846                         throtl_destroy_tg(td, tg);
 847         }
 848 }
 849
 850 static void throtl_td_free(struct throtl_data *td)
 851 {
 852         kfree(td);
 853 }
 854
 855 /*
 856  * Blk cgroup controller notification saying that blkio_group object is being
 857  * delinked as associated cgroup object is going away. That also means that
 858  * no new IO will come in this group. So get rid of this group as soon as
 859  * any pending IO in the group is finished.
 860  *
 861  * This function is called under rcu_read_lock(). key is the rcu protected
 862  * pointer. That means "key" is a valid throtl_data pointer as long as we are
 863  * rcu read lock.
 864  *
 865  * "key" was fetched from blkio_group under blkio_cgroup->lock. That means
 866  * it should not be NULL as even if queue was going away, cgroup deltion
 867  * path got to it first.
 868  */
 869 void throtl_unlink_blkio_group(void *key, struct blkio_group *blkg)
 870 {
 871         unsigned long flags;
 872         struct throtl_data *td = key;
 873
 874         spin_lock_irqsave(td->queue->queue_lock, flags);
 875         throtl_destroy_tg(td, tg_of_blkg(blkg));
 876         spin_unlock_irqrestore(td->queue->queue_lock, flags);
 877 }
 878
 879 /*
 880  * For all update functions, key should be a valid pointer because these
 881  * update functions are called under blkcg_lock, that means, blkg is
 882  * valid and in turn key is valid. queue exit path can not race becuase
 883  * of blkcg_lock
 884  *
 885  * Can not take queue lock in update functions as queue lock under blkcg_lock
 886  * is not allowed. Under other paths we take blkcg_lock under queue_lock.
 887  */
 888 static void throtl_update_blkio_group_read_bps(void *key,
 889                                 struct blkio_group *blkg, u64 read_bps)
 890 {
 891         struct throtl_data *td = key;
 892
 893         tg_of_blkg(blkg)->bps[READ] = read_bps;
 894         /* Make sure read_bps is updated before setting limits_changed */
 895         smp_wmb();
 896         tg_of_blkg(blkg)->limits_changed = true;
 897
 898         /* Make sure tg->limits_changed is updated before td->limits_changed */
 899         smp_mb__before_atomic_inc();
 900         atomic_inc(&td->limits_changed);
 901         smp_mb__after_atomic_inc();
 902
 903         /* Schedule a work now to process the limit change */
 904         throtl_schedule_delayed_work(td->queue, 0);
 905 }
 906
 907 static void throtl_update_blkio_group_write_bps(void *key,
 908                                 struct blkio_group *blkg, u64 write_bps)
 909 {
 910         struct throtl_data *td = key;
 911
 912         tg_of_blkg(blkg)->bps[WRITE] = write_bps;
 913         smp_wmb();
 914         tg_of_blkg(blkg)->limits_changed = true;
 915         smp_mb__before_atomic_inc();
 916         atomic_inc(&td->limits_changed);
 917         smp_mb__after_atomic_inc();
 918         throtl_schedule_delayed_work(td->queue, 0);
 919 }
 920
 921 static void throtl_update_blkio_group_read_iops(void *key,
 922                         struct blkio_group *blkg, unsigned int read_iops)
 923 {
 924         struct throtl_data *td = key;
 925
 926         tg_of_blkg(blkg)->iops[READ] = read_iops;
 927         smp_wmb();
 928         tg_of_blkg(blkg)->limits_changed = true;
 929         smp_mb__before_atomic_inc();
 930         atomic_inc(&td->limits_changed);
 931         smp_mb__after_atomic_inc();
 932         throtl_schedule_delayed_work(td->queue, 0);
 933 }
 934
 935 static void throtl_update_blkio_group_write_iops(void *key,
 936                         struct blkio_group *blkg, unsigned int write_iops)
 937 {
 938         struct throtl_data *td = key;
 939
 940         tg_of_blkg(blkg)->iops[WRITE] = write_iops;
 941         smp_wmb();
 942         tg_of_blkg(blkg)->limits_changed = true;
 943         smp_mb__before_atomic_inc();
 944         atomic_inc(&td->limits_changed);
 945         smp_mb__after_atomic_inc();
 946         throtl_schedule_delayed_work(td->queue, 0);
 947 }
 948
 949 void throtl_shutdown_timer_wq(struct request_queue *q)
 950 {
 951         struct throtl_data *td = q->td;
 952
 953         cancel_delayed_work_sync(&td->throtl_work);
 954 }
 955
 956 static struct blkio_policy_type blkio_policy_throtl = {
 957         .ops = {
 958                 .blkio_unlink_group_fn = throtl_unlink_blkio_group,
 959                 .blkio_update_group_read_bps_fn =
 960                                         throtl_update_blkio_group_read_bps,
 961                 .blkio_update_group_write_bps_fn =
 962                                         throtl_update_blkio_group_write_bps,
 963                 .blkio_update_group_read_iops_fn =
 964                                         throtl_update_blkio_group_read_iops,
 965                 .blkio_update_group_write_iops_fn =
 966                                         throtl_update_blkio_group_write_iops,
 967         },
 968         .plid = BLKIO_POLICY_THROTL,
 969 };
 970
 971 int blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio **biop)
 972 {
 973         struct throtl_data *td = q->td;
 974         struct throtl_grp *tg;
 975         struct bio *bio = *biop;
 976         bool rw = bio_data_dir(bio), update_disptime = true;
 977
 978         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED) {
 979                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
 980                 return 0;
 981         }
 982
 983         spin_lock_irq(q->queue_lock);
 984         tg = throtl_get_tg(td);
 985
 986         if (tg->nr_queued[rw]) {
 987                 /*
 988                  * There is already another bio queued in same dir. No
 989                  * need to update dispatch time.
 990                  * Still update the disptime if rate limits on this group
 991                  * were changed.
 992                  */
 993                 if (!tg->limits_changed)
 994                         update_disptime = false;
 995                 else
 996                         tg->limits_changed = false;
 997
 998                 goto queue_bio;
 999         }
1000
1001         /* Bio is with-in rate limit of group */
1002         if (tg_may_dispatch(td, tg, bio, NULL)) {
1003                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1004                 goto out;
1005         }
1006
1007 queue_bio:
1008         throtl_log_tg(td, tg, "[%c] bio. bdisp=%u sz=%u bps=%llu"
1009                         " iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1010                         rw == READ ? 'R' : 'W',
1011                         tg->bytes_disp[rw], bio->bi_size, tg->bps[rw],
1012                         tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1013                         tg->nr_queued[READ], tg->nr_queued[WRITE]);
1014
1015         throtl_add_bio_tg(q->td, tg, bio);
1016         *biop = NULL;
1017
1018         if (update_disptime) {
1019                 tg_update_disptime(td, tg);
1020                 throtl_schedule_next_dispatch(td);
1021         }
1022
1023 out:
1024         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1025         return 0;
1026 }
1027
1028 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1029 {
1030         struct throtl_data *td;
1031         struct throtl_grp *tg;
1032
1033         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1034         if (!td)
1035                 return -ENOMEM;
1036
1037         INIT_HLIST_HEAD(&td->tg_list);
1038         td->tg_service_tree = THROTL_RB_ROOT;
1039         atomic_set(&td->limits_changed, 0);
1040
1041         /* Init root group */
1042         tg = &td->root_tg;
1043         INIT_HLIST_NODE(&tg->tg_node);
1044         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
1045         bio_list_init(&tg->bio_lists[0]);
1046         bio_list_init(&tg->bio_lists[1]);
1047
1048         /* Practically unlimited BW */
1049         tg->bps[0] = tg->bps[1] = -1;
1050         tg->iops[0] = tg->iops[1] = -1;
1051
1052         /*
1053          * Set root group reference to 2. One reference will be dropped when
1054          * all groups on tg_list are being deleted during queue exit. Other
1055          * reference will remain there as we don't want to delete this group
1056          * as it is statically allocated and gets destroyed when throtl_data
1057          * goes away.
1058          */
1059         atomic_set(&tg->ref, 2);
1060         hlist_add_head(&tg->tg_node, &td->tg_list);
1061         td->nr_undestroyed_grps++;
1062
1063         INIT_DELAYED_WORK(&td->throtl_work, blk_throtl_work);
1064
1065         rcu_read_lock();
1066         blkiocg_add_blkio_group(&blkio_root_cgroup, &tg->blkg, (void *)td,
1067                                         0, BLKIO_POLICY_THROTL);
1068         rcu_read_unlock();
1069
1070         /* Attach throtl data to request queue */
1071         td->queue = q;
1072         q->td = td;
1073         return 0;
1074 }
1075
1076 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1077 {
1078         struct throtl_data *td = q->td;
1079         bool wait = false;
1080
1081         BUG_ON(!td);
1082
1083         throtl_shutdown_timer_wq(q);
1084
1085         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1086         throtl_release_tgs(td);
1087
1088         /* If there are other groups */
1089         if (td->nr_undestroyed_grps > 0)
1090                 wait = true;
1091
1092         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1093
1094         /*
1095          * Wait for tg->blkg->key accessors to exit their grace periods.
1096          * Do this wait only if there are other undestroyed groups out
1097          * there (other than root group). This can happen if cgroup deletion
1098          * path claimed the responsibility of cleaning up a group before
1099          * queue cleanup code get to the group.
1100          *
1101          * Do not call synchronize_rcu() unconditionally as there are drivers
1102          * which create/delete request queue hundreds of times during scan/boot
1103          * and synchronize_rcu() can take significant time and slow down boot.
1104          */
1105         if (wait)
1106                 synchronize_rcu();
1107
1108         /*
1109          * Just being safe to make sure after previous flush if some body did
1110          * update limits through cgroup and another work got queued, cancel
1111          * it.
1112          */
1113         throtl_shutdown_timer_wq(q);
1114         throtl_td_free(td);
1115 }
1116
1117 static int __init throtl_init(void)
1118 {
1119         blkio_policy_register(&blkio_policy_throtl);
1120         return 0;
1121 }
1122
1123 module_init(throtl_init);