kernel/cgroup/rstat.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 #include "cgroup-internal.h"
   3
   4 #include <linux/sched/cputime.h>
   5
   6 #include <linux/bpf.h>
   7 #include <linux/btf.h>
   8 #include <linux/btf_ids.h>
   9
  10 static DEFINE_SPINLOCK(cgroup_rstat_lock);
  11 static DEFINE_PER_CPU(raw_spinlock_t, cgroup_rstat_cpu_lock);
  12
  13 static void cgroup_base_stat_flush(struct cgroup *cgrp, int cpu);
  14
  15 static struct cgroup_rstat_cpu *cgroup_rstat_cpu(struct cgroup *cgrp, int cpu)
  16 {
  17         return per_cpu_ptr(cgrp->rstat_cpu, cpu);
  18 }
  19
  20 /**
  21  * cgroup_rstat_updated - keep track of updated rstat_cpu
  22  * @cgrp: target cgroup
  23  * @cpu: cpu on which rstat_cpu was updated
  24  *
  25  * @cgrp's rstat_cpu on @cpu was updated.  Put it on the parent's matching
  26  * rstat_cpu->updated_children list.  See the comment on top of
  27  * cgroup_rstat_cpu definition for details.
  28  */
  29 __bpf_kfunc void cgroup_rstat_updated(struct cgroup *cgrp, int cpu)
  30 {
  31         raw_spinlock_t *cpu_lock = per_cpu_ptr(&cgroup_rstat_cpu_lock, cpu);
  32         unsigned long flags;
  33
  34         /*
  35          * Speculative already-on-list test. This may race leading to
  36          * temporary inaccuracies, which is fine.
  37          *
  38          * Because @parent's updated_children is terminated with @parent
  39          * instead of NULL, we can tell whether @cgrp is on the list by
  40          * testing the next pointer for NULL.
  41          */
  42         if (data_race(cgroup_rstat_cpu(cgrp, cpu)->updated_next))
  43                 return;
  44
  45         raw_spin_lock_irqsave(cpu_lock, flags);
  46
  47         /* put @cgrp and all ancestors on the corresponding updated lists */
  48         while (true) {
  49                 struct cgroup_rstat_cpu *rstatc = cgroup_rstat_cpu(cgrp, cpu);
  50                 struct cgroup *parent = cgroup_parent(cgrp);
  51                 struct cgroup_rstat_cpu *prstatc;
  52
  53                 /*
  54                  * Both additions and removals are bottom-up.  If a cgroup
  55                  * is already in the tree, all ancestors are.
  56                  */
  57                 if (rstatc->updated_next)
  58                         break;
  59
  60                 /* Root has no parent to link it to, but mark it busy */
  61                 if (!parent) {
  62                         rstatc->updated_next = cgrp;
  63                         break;
  64                 }
  65
  66                 prstatc = cgroup_rstat_cpu(parent, cpu);
  67                 rstatc->updated_next = prstatc->updated_children;
  68                 prstatc->updated_children = cgrp;
  69
  70                 cgrp = parent;
  71         }
  72
  73         raw_spin_unlock_irqrestore(cpu_lock, flags);
  74 }
  75
  76 /**
  77  * cgroup_rstat_cpu_pop_updated - iterate and dismantle rstat_cpu updated tree
  78  * @pos: current position
  79  * @root: root of the tree to traversal
  80  * @cpu: target cpu
  81  *
  82  * Walks the updated rstat_cpu tree on @cpu from @root.  %NULL @pos starts
  83  * the traversal and %NULL return indicates the end.  During traversal,
  84  * each returned cgroup is unlinked from the tree.  Must be called with the
  85  * matching cgroup_rstat_cpu_lock held.
  86  *
  87  * The only ordering guarantee is that, for a parent and a child pair
  88  * covered by a given traversal, if a child is visited, its parent is
  89  * guaranteed to be visited afterwards.
  90  */
  91 static struct cgroup *cgroup_rstat_cpu_pop_updated(struct cgroup *pos,
  92                                                    struct cgroup *root, int cpu)
  93 {
  94         struct cgroup_rstat_cpu *rstatc;
  95         struct cgroup *parent;
  96
  97         if (pos == root)
  98                 return NULL;
  99
 100         /*
 101          * We're gonna walk down to the first leaf and visit/remove it.  We
 102          * can pick whatever unvisited node as the starting point.
 103          */
 104         if (!pos) {
 105                 pos = root;
 106                 /* return NULL if this subtree is not on-list */
 107                 if (!cgroup_rstat_cpu(pos, cpu)->updated_next)
 108                         return NULL;
 109         } else {
 110                 pos = cgroup_parent(pos);
 111         }
 112
 113         /* walk down to the first leaf */
 114         while (true) {
 115                 rstatc = cgroup_rstat_cpu(pos, cpu);
 116                 if (rstatc->updated_children == pos)
 117                         break;
 118                 pos = rstatc->updated_children;
 119         }
 120
 121         /*
 122          * Unlink @pos from the tree.  As the updated_children list is
 123          * singly linked, we have to walk it to find the removal point.
 124          * However, due to the way we traverse, @pos will be the first
 125          * child in most cases. The only exception is @root.
 126          */
 127         parent = cgroup_parent(pos);
 128         if (parent) {
 129                 struct cgroup_rstat_cpu *prstatc;
 130                 struct cgroup **nextp;
 131
 132                 prstatc = cgroup_rstat_cpu(parent, cpu);
 133                 nextp = &prstatc->updated_children;
 134                 while (*nextp != pos) {
 135                         struct cgroup_rstat_cpu *nrstatc;
 136
 137                         nrstatc = cgroup_rstat_cpu(*nextp, cpu);
 138                         WARN_ON_ONCE(*nextp == parent);
 139                         nextp = &nrstatc->updated_next;
 140                 }
 141                 *nextp = rstatc->updated_next;
 142         }
 143
 144         rstatc->updated_next = NULL;
 145         return pos;
 146 }
 147
 148 /*
 149  * A hook for bpf stat collectors to attach to and flush their stats.
 150  * Together with providing bpf kfuncs for cgroup_rstat_updated() and
 151  * cgroup_rstat_flush(), this enables a complete workflow where bpf progs that
 152  * collect cgroup stats can integrate with rstat for efficient flushing.
 153  *
 154  * A static noinline declaration here could cause the compiler to optimize away
 155  * the function. A global noinline declaration will keep the definition, but may
 156  * optimize away the callsite. Therefore, __weak is needed to ensure that the
 157  * call is still emitted, by telling the compiler that we don't know what the
 158  * function might eventually be.
 159  *
 160  * __diag_* below are needed to dismiss the missing prototype warning.
 161  */
 162 __diag_push();
 163 __diag_ignore_all("-Wmissing-prototypes",
 164                   "kfuncs which will be used in BPF programs");
 165
 166 __weak noinline void bpf_rstat_flush(struct cgroup *cgrp,
 167                                      struct cgroup *parent, int cpu)
 168 {
 169 }
 170
 171 __diag_pop();
 172
 173 /* see cgroup_rstat_flush() */
 174 static void cgroup_rstat_flush_locked(struct cgroup *cgrp)
 175         __releases(&cgroup_rstat_lock) __acquires(&cgroup_rstat_lock)
 176 {
 177         int cpu;
 178
 179         lockdep_assert_held(&cgroup_rstat_lock);
 180
 181         for_each_possible_cpu(cpu) {
 182                 raw_spinlock_t *cpu_lock = per_cpu_ptr(&cgroup_rstat_cpu_lock,
 183                                                        cpu);
 184                 struct cgroup *pos = NULL;
 185                 unsigned long flags;
 186
 187                 /*
 188                  * The _irqsave() is needed because cgroup_rstat_lock is
 189                  * spinlock_t which is a sleeping lock on PREEMPT_RT. Acquiring
 190                  * this lock with the _irq() suffix only disables interrupts on
 191                  * a non-PREEMPT_RT kernel. The raw_spinlock_t below disables
 192                  * interrupts on both configurations. The _irqsave() ensures
 193                  * that interrupts are always disabled and later restored.
 194                  */
 195                 raw_spin_lock_irqsave(cpu_lock, flags);
 196                 while ((pos = cgroup_rstat_cpu_pop_updated(pos, cgrp, cpu))) {
 197                         struct cgroup_subsys_state *css;
 198
 199                         cgroup_base_stat_flush(pos, cpu);
 200                         bpf_rstat_flush(pos, cgroup_parent(pos), cpu);
 201
 202                         rcu_read_lock();
 203                         list_for_each_entry_rcu(css, &pos->rstat_css_list,
 204                                                 rstat_css_node)
 205                                 css->ss->css_rstat_flush(css, cpu);
 206                         rcu_read_unlock();
 207                 }
 208                 raw_spin_unlock_irqrestore(cpu_lock, flags);
 209
 210                 /* play nice and yield if necessary */
 211                 if (need_resched() || spin_needbreak(&cgroup_rstat_lock)) {
 212                         spin_unlock_irq(&cgroup_rstat_lock);
 213                         if (!cond_resched())
 214                                 cpu_relax();
 215                         spin_lock_irq(&cgroup_rstat_lock);
 216                 }
 217         }
 218 }
 219
 220 /**
 221  * cgroup_rstat_flush - flush stats in @cgrp's subtree
 222  * @cgrp: target cgroup
 223  *
 224  * Collect all per-cpu stats in @cgrp's subtree into the global counters
 225  * and propagate them upwards.  After this function returns, all cgroups in
 226  * the subtree have up-to-date ->stat.
 227  *
 228  * This also gets all cgroups in the subtree including @cgrp off the
 229  * ->updated_children lists.
 230  *
 231  * This function may block.
 232  */
 233 __bpf_kfunc void cgroup_rstat_flush(struct cgroup *cgrp)
 234 {
 235         might_sleep();
 236
 237         spin_lock_irq(&cgroup_rstat_lock);
 238         cgroup_rstat_flush_locked(cgrp);
 239         spin_unlock_irq(&cgroup_rstat_lock);
 240 }
 241
 242 /**
 243  * cgroup_rstat_flush_hold - flush stats in @cgrp's subtree and hold
 244  * @cgrp: target cgroup
 245  *
 246  * Flush stats in @cgrp's subtree and prevent further flushes.  Must be
 247  * paired with cgroup_rstat_flush_release().
 248  *
 249  * This function may block.
 250  */
 251 void cgroup_rstat_flush_hold(struct cgroup *cgrp)
 252         __acquires(&cgroup_rstat_lock)
 253 {
 254         might_sleep();
 255         spin_lock_irq(&cgroup_rstat_lock);
 256         cgroup_rstat_flush_locked(cgrp);
 257 }
 258
 259 /**
 260  * cgroup_rstat_flush_release - release cgroup_rstat_flush_hold()
 261  */
 262 void cgroup_rstat_flush_release(void)
 263         __releases(&cgroup_rstat_lock)
 264 {
 265         spin_unlock_irq(&cgroup_rstat_lock);
 266 }
 267
 268 int cgroup_rstat_init(struct cgroup *cgrp)
 269 {
 270         int cpu;
 271
 272         /* the root cgrp has rstat_cpu preallocated */
 273         if (!cgrp->rstat_cpu) {
 274                 cgrp->rstat_cpu = alloc_percpu(struct cgroup_rstat_cpu);
 275                 if (!cgrp->rstat_cpu)
 276                         return -ENOMEM;
 277         }
 278
 279         /* ->updated_children list is self terminated */
 280         for_each_possible_cpu(cpu) {
 281                 struct cgroup_rstat_cpu *rstatc = cgroup_rstat_cpu(cgrp, cpu);
 282
 283                 rstatc->updated_children = cgrp;
 284                 u64_stats_init(&rstatc->bsync);
 285         }
 286
 287         return 0;
 288 }
 289
 290 void cgroup_rstat_exit(struct cgroup *cgrp)
 291 {
 292         int cpu;
 293
 294         cgroup_rstat_flush(cgrp);
 295
 296         /* sanity check */
 297         for_each_possible_cpu(cpu) {
 298                 struct cgroup_rstat_cpu *rstatc = cgroup_rstat_cpu(cgrp, cpu);
 299
 300                 if (WARN_ON_ONCE(rstatc->updated_children != cgrp) ||
 301                     WARN_ON_ONCE(rstatc->updated_next))
 302                         return;
 303         }
 304
 305         free_percpu(cgrp->rstat_cpu);
 306         cgrp->rstat_cpu = NULL;
 307 }
 308
 309 void __init cgroup_rstat_boot(void)
 310 {
 311         int cpu;
 312
 313         for_each_possible_cpu(cpu)
 314                 raw_spin_lock_init(per_cpu_ptr(&cgroup_rstat_cpu_lock, cpu));
 315 }
 316
 317 /*
 318  * Functions for cgroup basic resource statistics implemented on top of
 319  * rstat.
 320  */
 321 static void cgroup_base_stat_add(struct cgroup_base_stat *dst_bstat,
 322                                  struct cgroup_base_stat *src_bstat)
 323 {
 324         dst_bstat->cputime.utime += src_bstat->cputime.utime;
 325         dst_bstat->cputime.stime += src_bstat->cputime.stime;
 326         dst_bstat->cputime.sum_exec_runtime += src_bstat->cputime.sum_exec_runtime;
 327 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 328         dst_bstat->forceidle_sum += src_bstat->forceidle_sum;
 329 #endif
 330 }
 331
 332 static void cgroup_base_stat_sub(struct cgroup_base_stat *dst_bstat,
 333                                  struct cgroup_base_stat *src_bstat)
 334 {
 335         dst_bstat->cputime.utime -= src_bstat->cputime.utime;
 336         dst_bstat->cputime.stime -= src_bstat->cputime.stime;
 337         dst_bstat->cputime.sum_exec_runtime -= src_bstat->cputime.sum_exec_runtime;
 338 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 339         dst_bstat->forceidle_sum -= src_bstat->forceidle_sum;
 340 #endif
 341 }
 342
 343 static void cgroup_base_stat_flush(struct cgroup *cgrp, int cpu)
 344 {
 345         struct cgroup_rstat_cpu *rstatc = cgroup_rstat_cpu(cgrp, cpu);
 346         struct cgroup *parent = cgroup_parent(cgrp);
 347         struct cgroup_rstat_cpu *prstatc;
 348         struct cgroup_base_stat delta;
 349         unsigned seq;
 350
 351         /* Root-level stats are sourced from system-wide CPU stats */
 352         if (!parent)
 353                 return;
 354
 355         /* fetch the current per-cpu values */
 356         do {
 357                 seq = __u64_stats_fetch_begin(&rstatc->bsync);
 358                 delta = rstatc->bstat;
 359         } while (__u64_stats_fetch_retry(&rstatc->bsync, seq));
 360
 361         /* propagate per-cpu delta to cgroup and per-cpu global statistics */
 362         cgroup_base_stat_sub(&delta, &rstatc->last_bstat);
 363         cgroup_base_stat_add(&cgrp->bstat, &delta);
 364         cgroup_base_stat_add(&rstatc->last_bstat, &delta);
 365         cgroup_base_stat_add(&rstatc->subtree_bstat, &delta);
 366
 367         /* propagate cgroup and per-cpu global delta to parent (unless that's root) */
 368         if (cgroup_parent(parent)) {
 369                 delta = cgrp->bstat;
 370                 cgroup_base_stat_sub(&delta, &cgrp->last_bstat);
 371                 cgroup_base_stat_add(&parent->bstat, &delta);
 372                 cgroup_base_stat_add(&cgrp->last_bstat, &delta);
 373
 374                 delta = rstatc->subtree_bstat;
 375                 prstatc = cgroup_rstat_cpu(parent, cpu);
 376                 cgroup_base_stat_sub(&delta, &rstatc->last_subtree_bstat);
 377                 cgroup_base_stat_add(&prstatc->subtree_bstat, &delta);
 378                 cgroup_base_stat_add(&rstatc->last_subtree_bstat, &delta);
 379         }
 380 }
 381
 382 static struct cgroup_rstat_cpu *
 383 cgroup_base_stat_cputime_account_begin(struct cgroup *cgrp, unsigned long *flags)
 384 {
 385         struct cgroup_rstat_cpu *rstatc;
 386
 387         rstatc = get_cpu_ptr(cgrp->rstat_cpu);
 388         *flags = u64_stats_update_begin_irqsave(&rstatc->bsync);
 389         return rstatc;
 390 }
 391
 392 static void cgroup_base_stat_cputime_account_end(struct cgroup *cgrp,
 393                                                  struct cgroup_rstat_cpu *rstatc,
 394                                                  unsigned long flags)
 395 {
 396         u64_stats_update_end_irqrestore(&rstatc->bsync, flags);
 397         cgroup_rstat_updated(cgrp, smp_processor_id());
 398         put_cpu_ptr(rstatc);
 399 }
 400
 401 void __cgroup_account_cputime(struct cgroup *cgrp, u64 delta_exec)
 402 {
 403         struct cgroup_rstat_cpu *rstatc;
 404         unsigned long flags;
 405
 406         rstatc = cgroup_base_stat_cputime_account_begin(cgrp, &flags);
 407         rstatc->bstat.cputime.sum_exec_runtime += delta_exec;
 408         cgroup_base_stat_cputime_account_end(cgrp, rstatc, flags);
 409 }
 410
 411 void __cgroup_account_cputime_field(struct cgroup *cgrp,
 412                                     enum cpu_usage_stat index, u64 delta_exec)
 413 {
 414         struct cgroup_rstat_cpu *rstatc;
 415         unsigned long flags;
 416
 417         rstatc = cgroup_base_stat_cputime_account_begin(cgrp, &flags);
 418
 419         switch (index) {
 420         case CPUTIME_USER:
 421         case CPUTIME_NICE:
 422                 rstatc->bstat.cputime.utime += delta_exec;
 423                 break;
 424         case CPUTIME_SYSTEM:
 425         case CPUTIME_IRQ:
 426         case CPUTIME_SOFTIRQ:
 427                 rstatc->bstat.cputime.stime += delta_exec;
 428                 break;
 429 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 430         case CPUTIME_FORCEIDLE:
 431                 rstatc->bstat.forceidle_sum += delta_exec;
 432                 break;
 433 #endif
 434         default:
 435                 break;
 436         }
 437
 438         cgroup_base_stat_cputime_account_end(cgrp, rstatc, flags);
 439 }
 440
 441 /*
 442  * compute the cputime for the root cgroup by getting the per cpu data
 443  * at a global level, then categorizing the fields in a manner consistent
 444  * with how it is done by __cgroup_account_cputime_field for each bit of
 445  * cpu time attributed to a cgroup.
 446  */
 447 static void root_cgroup_cputime(struct cgroup_base_stat *bstat)
 448 {
 449         struct task_cputime *cputime = &bstat->cputime;
 450         int i;
 451
 452         memset(bstat, 0, sizeof(*bstat));
 453         for_each_possible_cpu(i) {
 454                 struct kernel_cpustat kcpustat;
 455                 u64 *cpustat = kcpustat.cpustat;
 456                 u64 user = 0;
 457                 u64 sys = 0;
 458
 459                 kcpustat_cpu_fetch(&kcpustat, i);
 460
 461                 user += cpustat[CPUTIME_USER];
 462                 user += cpustat[CPUTIME_NICE];
 463                 cputime->utime += user;
 464
 465                 sys += cpustat[CPUTIME_SYSTEM];
 466                 sys += cpustat[CPUTIME_IRQ];
 467                 sys += cpustat[CPUTIME_SOFTIRQ];
 468                 cputime->stime += sys;
 469
 470                 cputime->sum_exec_runtime += user;
 471                 cputime->sum_exec_runtime += sys;
 472                 cputime->sum_exec_runtime += cpustat[CPUTIME_STEAL];
 473
 474 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 475                 bstat->forceidle_sum += cpustat[CPUTIME_FORCEIDLE];
 476 #endif
 477         }
 478 }
 479
 480 void cgroup_base_stat_cputime_show(struct seq_file *seq)
 481 {
 482         struct cgroup *cgrp = seq_css(seq)->cgroup;
 483         u64 usage, utime, stime;
 484         struct cgroup_base_stat bstat;
 485 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 486         u64 forceidle_time;
 487 #endif
 488
 489         if (cgroup_parent(cgrp)) {
 490                 cgroup_rstat_flush_hold(cgrp);
 491                 usage = cgrp->bstat.cputime.sum_exec_runtime;
 492                 cputime_adjust(&cgrp->bstat.cputime, &cgrp->prev_cputime,
 493                                &utime, &stime);
 494 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 495                 forceidle_time = cgrp->bstat.forceidle_sum;
 496 #endif
 497                 cgroup_rstat_flush_release();
 498         } else {
 499                 root_cgroup_cputime(&bstat);
 500                 usage = bstat.cputime.sum_exec_runtime;
 501                 utime = bstat.cputime.utime;
 502                 stime = bstat.cputime.stime;
 503 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 504                 forceidle_time = bstat.forceidle_sum;
 505 #endif
 506         }
 507
 508         do_div(usage, NSEC_PER_USEC);
 509         do_div(utime, NSEC_PER_USEC);
 510         do_div(stime, NSEC_PER_USEC);
 511 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 512         do_div(forceidle_time, NSEC_PER_USEC);
 513 #endif
 514
 515         seq_printf(seq, "usage_usec %llu\n"
 516                    "user_usec %llu\n"
 517                    "system_usec %llu\n",
 518                    usage, utime, stime);
 519
 520 #ifdef CONFIG_SCHED_CORE
 521         seq_printf(seq, "core_sched.force_idle_usec %llu\n", forceidle_time);
 522 #endif
 523 }
 524
 525 /* Add bpf kfuncs for cgroup_rstat_updated() and cgroup_rstat_flush() */
 526 BTF_SET8_START(bpf_rstat_kfunc_ids)
 527 BTF_ID_FLAGS(func, cgroup_rstat_updated)
 528 BTF_ID_FLAGS(func, cgroup_rstat_flush, KF_SLEEPABLE)
 529 BTF_SET8_END(bpf_rstat_kfunc_ids)
 530
 531 static const struct btf_kfunc_id_set bpf_rstat_kfunc_set = {
 532         .owner          = THIS_MODULE,
 533         .set            = &bpf_rstat_kfunc_ids,
 534 };
 535
 536 static int __init bpf_rstat_kfunc_init(void)
 537 {
 538         return register_btf_kfunc_id_set(BPF_PROG_TYPE_TRACING,
 539                                          &bpf_rstat_kfunc_set);
 540 }
 541 late_initcall(bpf_rstat_kfunc_init);