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