1f63fc834dc3e6dab428ead1a0daee3b56574059
[firefly-linux-kernel-4.4.55.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         return blkg_to_tg(blkg_lookup(blkcg, td->queue));
456 }
457
458 static struct throtl_grp *throtl_lookup_create_tg(struct throtl_data *td,
459                                                   struct blkcg *blkcg)
460 {
461         struct request_queue *q = td->queue;
462         struct throtl_grp *tg = NULL;
463
464         /*
465          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
466          * in this case
467          */
468         if (blkcg == &blkcg_root) {
469                 tg = td_root_tg(td);
470         } else {
471                 struct blkcg_gq *blkg;
472
473                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
474
475                 /* if %NULL and @q is alive, fall back to root_tg */
476                 if (!IS_ERR(blkg))
477                         tg = blkg_to_tg(blkg);
478                 else if (!blk_queue_dying(q))
479                         tg = td_root_tg(td);
480         }
481
482         return tg;
483 }
484
485 static struct throtl_grp *
486 throtl_rb_first(struct throtl_service_queue *parent_sq)
487 {
488         /* Service tree is empty */
489         if (!parent_sq->nr_pending)
490                 return NULL;
491
492         if (!parent_sq->first_pending)
493                 parent_sq->first_pending = rb_first(&parent_sq->pending_tree);
494
495         if (parent_sq->first_pending)
496                 return rb_entry_tg(parent_sq->first_pending);
497
498         return NULL;
499 }
500
501 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
502 {
503         rb_erase(n, root);
504         RB_CLEAR_NODE(n);
505 }
506
507 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n,
508                             struct throtl_service_queue *parent_sq)
509 {
510         if (parent_sq->first_pending == n)
511                 parent_sq->first_pending = NULL;
512         rb_erase_init(n, &parent_sq->pending_tree);
513         --parent_sq->nr_pending;
514 }
515
516 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_service_queue *parent_sq)
517 {
518         struct throtl_grp *tg;
519
520         tg = throtl_rb_first(parent_sq);
521         if (!tg)
522                 return;
523
524         parent_sq->first_pending_disptime = tg->disptime;
525 }
526
527 static void tg_service_queue_add(struct throtl_grp *tg)
528 {
529         struct throtl_service_queue *parent_sq = tg->service_queue.parent_sq;
530         struct rb_node **node = &parent_sq->pending_tree.rb_node;
531         struct rb_node *parent = NULL;
532         struct throtl_grp *__tg;
533         unsigned long key = tg->disptime;
534         int left = 1;
535
536         while (*node != NULL) {
537                 parent = *node;
538                 __tg = rb_entry_tg(parent);
539
540                 if (time_before(key, __tg->disptime))
541                         node = &parent->rb_left;
542                 else {
543                         node = &parent->rb_right;
544                         left = 0;
545                 }
546         }
547
548         if (left)
549                 parent_sq->first_pending = &tg->rb_node;
550
551         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
552         rb_insert_color(&tg->rb_node, &parent_sq->pending_tree);
553 }
554
555 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
556 {
557         tg_service_queue_add(tg);
558         tg->flags |= THROTL_TG_PENDING;
559         tg->service_queue.parent_sq->nr_pending++;
560 }
561
562 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
563 {
564         if (!(tg->flags & THROTL_TG_PENDING))
565                 __throtl_enqueue_tg(tg);
566 }
567
568 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
569 {
570         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, tg->service_queue.parent_sq);
571         tg->flags &= ~THROTL_TG_PENDING;
572 }
573
574 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
575 {
576         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING)
577                 __throtl_dequeue_tg(tg);
578 }
579
580 /* Call with queue lock held */
581 static void throtl_schedule_pending_timer(struct throtl_service_queue *sq,
582                                           unsigned long expires)
583 {
584         mod_timer(&sq->pending_timer, expires);
585         throtl_log(sq, "schedule timer. delay=%lu jiffies=%lu",
586                    expires - jiffies, jiffies);
587 }
588
589 /**
590  * throtl_schedule_next_dispatch - schedule the next dispatch cycle
591  * @sq: the service_queue to schedule dispatch for
592  * @force: force scheduling
593  *
594  * Arm @sq->pending_timer so that the next dispatch cycle starts on the
595  * dispatch time of the first pending child.  Returns %true if either timer
596  * is armed or there's no pending child left.  %false if the current
597  * dispatch window is still open and the caller should continue
598  * dispatching.
599  *
600  * If @force is %true, the dispatch timer is always scheduled and this
601  * function is guaranteed to return %true.  This is to be used when the
602  * caller can't dispatch itself and needs to invoke pending_timer
603  * unconditionally.  Note that forced scheduling is likely to induce short
604  * delay before dispatch starts even if @sq->first_pending_disptime is not
605  * in the future and thus shouldn't be used in hot paths.
606  */
607 static bool throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_service_queue *sq,
608                                           bool force)
609 {
610         /* any pending children left? */
611         if (!sq->nr_pending)
612                 return true;
613
614         update_min_dispatch_time(sq);
615
616         /* is the next dispatch time in the future? */
617         if (force || time_after(sq->first_pending_disptime, jiffies)) {
618                 throtl_schedule_pending_timer(sq, sq->first_pending_disptime);
619                 return true;
620         }
621
622         /* tell the caller to continue dispatching */
623         return false;
624 }
625
626 static inline void throtl_start_new_slice_with_credit(struct throtl_grp *tg,
627                 bool rw, unsigned long start)
628 {
629         tg->bytes_disp[rw] = 0;
630         tg->io_disp[rw] = 0;
631
632         /*
633          * Previous slice has expired. We must have trimmed it after last
634          * bio dispatch. That means since start of last slice, we never used
635          * that bandwidth. Do try to make use of that bandwidth while giving
636          * credit.
637          */
638         if (time_after_eq(start, tg->slice_start[rw]))
639                 tg->slice_start[rw] = start;
640
641         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
642         throtl_log(&tg->service_queue,
643                    "[%c] new slice with credit start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
644                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
645                    tg->slice_end[rw], jiffies);
646 }
647
648 static inline void throtl_start_new_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
649 {
650         tg->bytes_disp[rw] = 0;
651         tg->io_disp[rw] = 0;
652         tg->slice_start[rw] = jiffies;
653         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
654         throtl_log(&tg->service_queue,
655                    "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
656                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
657                    tg->slice_end[rw], jiffies);
658 }
659
660 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_grp *tg, bool rw,
661                                         unsigned long jiffy_end)
662 {
663         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
664 }
665
666 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw,
667                                        unsigned long jiffy_end)
668 {
669         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
670         throtl_log(&tg->service_queue,
671                    "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
672                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
673                    tg->slice_end[rw], jiffies);
674 }
675
676 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
677 static bool throtl_slice_used(struct throtl_grp *tg, bool rw)
678 {
679         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
680                 return false;
681
682         return 1;
683 }
684
685 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
686 static inline void throtl_trim_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
687 {
688         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
689         u64 bytes_trim, tmp;
690
691         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
692
693         /*
694          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
695          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
696          * slice will start when appropriate.
697          */
698         if (throtl_slice_used(tg, rw))
699                 return;
700
701         /*
702          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
703          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
704          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
705          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
706          * is bad because it does not allow new slice to start.
707          */
708
709         throtl_set_slice_end(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
710
711         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
712
713         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
714
715         if (!nr_slices)
716                 return;
717         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
718         do_div(tmp, HZ);
719         bytes_trim = tmp;
720
721         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
722
723         if (!bytes_trim && !io_trim)
724                 return;
725
726         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
727                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
728         else
729                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
730
731         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
732                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
733         else
734                 tg->io_disp[rw] = 0;
735
736         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
737
738         throtl_log(&tg->service_queue,
739                    "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
740                    rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
741                    tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
742 }
743
744 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
745                                   unsigned long *wait)
746 {
747         bool rw = bio_data_dir(bio);
748         unsigned int io_allowed;
749         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
750         u64 tmp;
751
752         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
753
754         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
755         if (!jiffy_elapsed)
756                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
757
758         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
759
760         /*
761          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
762          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
763          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
764          * have been trimmed.
765          */
766
767         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
768         do_div(tmp, HZ);
769
770         if (tmp > UINT_MAX)
771                 io_allowed = UINT_MAX;
772         else
773                 io_allowed = tmp;
774
775         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
776                 if (wait)
777                         *wait = 0;
778                 return true;
779         }
780
781         /* Calc approx time to dispatch */
782         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
783
784         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
785                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
786         else
787                 jiffy_wait = 1;
788
789         if (wait)
790                 *wait = jiffy_wait;
791         return 0;
792 }
793
794 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
795                                  unsigned long *wait)
796 {
797         bool rw = bio_data_dir(bio);
798         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
799         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
800
801         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
802
803         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
804         if (!jiffy_elapsed)
805                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
806
807         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
808
809         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
810         do_div(tmp, HZ);
811         bytes_allowed = tmp;
812
813         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size <= bytes_allowed) {
814                 if (wait)
815                         *wait = 0;
816                 return true;
817         }
818
819         /* Calc approx time to dispatch */
820         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size - bytes_allowed;
821         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
822
823         if (!jiffy_wait)
824                 jiffy_wait = 1;
825
826         /*
827          * This wait time is without taking into consideration the rounding
828          * up we did. Add that time also.
829          */
830         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
831         if (wait)
832                 *wait = jiffy_wait;
833         return 0;
834 }
835
836 /*
837  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
838  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
839  */
840 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
841                             unsigned long *wait)
842 {
843         bool rw = bio_data_dir(bio);
844         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
845
846         /*
847          * Currently whole state machine of group depends on first bio
848          * queued in the group bio list. So one should not be calling
849          * this function with a different bio if there are other bios
850          * queued.
851          */
852         BUG_ON(tg->service_queue.nr_queued[rw] &&
853                bio != throtl_peek_queued(&tg->service_queue.queued[rw]));
854
855         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
856         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
857                 if (wait)
858                         *wait = 0;
859                 return true;
860         }
861
862         /*
863          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
864          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
865          * long since now.
866          */
867         if (throtl_slice_used(tg, rw))
868                 throtl_start_new_slice(tg, rw);
869         else {
870                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
871                         throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
872         }
873
874         if (tg_with_in_bps_limit(tg, bio, &bps_wait) &&
875             tg_with_in_iops_limit(tg, bio, &iops_wait)) {
876                 if (wait)
877                         *wait = 0;
878                 return 1;
879         }
880
881         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
882
883         if (wait)
884                 *wait = max_wait;
885
886         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
887                 throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + max_wait);
888
889         return 0;
890 }
891
892 static void throtl_update_dispatch_stats(struct blkcg_gq *blkg, u64 bytes,
893                                          int rw)
894 {
895         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
896         struct tg_stats_cpu *stats_cpu;
897         unsigned long flags;
898
899         /*
900          * Disabling interrupts to provide mutual exclusion between two
901          * writes on same cpu. It probably is not needed for 64bit. Not
902          * optimizing that case yet.
903          */
904         local_irq_save(flags);
905
906         stats_cpu = this_cpu_ptr(tg->stats_cpu);
907
908         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->serviced, rw, 1);
909         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->service_bytes, rw, bytes);
910
911         local_irq_restore(flags);
912 }
913
914 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
915 {
916         bool rw = bio_data_dir(bio);
917
918         /* Charge the bio to the group */
919         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_iter.bi_size;
920         tg->io_disp[rw]++;
921
922         /*
923          * REQ_THROTTLED is used to prevent the same bio to be throttled
924          * more than once as a throttled bio will go through blk-throtl the
925          * second time when it eventually gets issued.  Set it when a bio
926          * is being charged to a tg.
927          *
928          * Dispatch stats aren't recursive and each @bio should only be
929          * accounted by the @tg it was originally associated with.  Let's
930          * update the stats when setting REQ_THROTTLED for the first time
931          * which is guaranteed to be for the @bio's original tg.
932          */
933         if (!(bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)) {
934                 bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
935                 throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
936                                              bio->bi_iter.bi_size, bio->bi_rw);
937         }
938 }
939
940 /**
941  * throtl_add_bio_tg - add a bio to the specified throtl_grp
942  * @bio: bio to add
943  * @qn: qnode to use
944  * @tg: the target throtl_grp
945  *
946  * Add @bio to @tg's service_queue using @qn.  If @qn is not specified,
947  * tg->qnode_on_self[] is used.
948  */
949 static void throtl_add_bio_tg(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
950                               struct throtl_grp *tg)
951 {
952         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
953         bool rw = bio_data_dir(bio);
954
955         if (!qn)
956                 qn = &tg->qnode_on_self[rw];
957
958         /*
959          * If @tg doesn't currently have any bios queued in the same
960          * direction, queueing @bio can change when @tg should be
961          * dispatched.  Mark that @tg was empty.  This is automatically
962          * cleaered on the next tg_update_disptime().
963          */
964         if (!sq->nr_queued[rw])
965                 tg->flags |= THROTL_TG_WAS_EMPTY;
966
967         throtl_qnode_add_bio(bio, qn, &sq->queued[rw]);
968
969         sq->nr_queued[rw]++;
970         throtl_enqueue_tg(tg);
971 }
972
973 static void tg_update_disptime(struct throtl_grp *tg)
974 {
975         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
976         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
977         struct bio *bio;
978
979         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
980                 tg_may_dispatch(tg, bio, &read_wait);
981
982         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
983                 tg_may_dispatch(tg, bio, &write_wait);
984
985         min_wait = min(read_wait, write_wait);
986         disptime = jiffies + min_wait;
987
988         /* Update dispatch time */
989         throtl_dequeue_tg(tg);
990         tg->disptime = disptime;
991         throtl_enqueue_tg(tg);
992
993         /* see throtl_add_bio_tg() */
994         tg->flags &= ~THROTL_TG_WAS_EMPTY;
995 }
996
997 static void start_parent_slice_with_credit(struct throtl_grp *child_tg,
998                                         struct throtl_grp *parent_tg, bool rw)
999 {
1000         if (throtl_slice_used(parent_tg, rw)) {
1001                 throtl_start_new_slice_with_credit(parent_tg, rw,
1002                                 child_tg->slice_start[rw]);
1003         }
1004
1005 }
1006
1007 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_grp *tg, bool rw)
1008 {
1009         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1010         struct throtl_service_queue *parent_sq = sq->parent_sq;
1011         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(parent_sq);
1012         struct throtl_grp *tg_to_put = NULL;
1013         struct bio *bio;
1014
1015         /*
1016          * @bio is being transferred from @tg to @parent_sq.  Popping a bio
1017          * from @tg may put its reference and @parent_sq might end up
1018          * getting released prematurely.  Remember the tg to put and put it
1019          * after @bio is transferred to @parent_sq.
1020          */
1021         bio = throtl_pop_queued(&sq->queued[rw], &tg_to_put);
1022         sq->nr_queued[rw]--;
1023
1024         throtl_charge_bio(tg, bio);
1025
1026         /*
1027          * If our parent is another tg, we just need to transfer @bio to
1028          * the parent using throtl_add_bio_tg().  If our parent is
1029          * @td->service_queue, @bio is ready to be issued.  Put it on its
1030          * bio_lists[] and decrease total number queued.  The caller is
1031          * responsible for issuing these bios.
1032          */
1033         if (parent_tg) {
1034                 throtl_add_bio_tg(bio, &tg->qnode_on_parent[rw], parent_tg);
1035                 start_parent_slice_with_credit(tg, parent_tg, rw);
1036         } else {
1037                 throtl_qnode_add_bio(bio, &tg->qnode_on_parent[rw],
1038                                      &parent_sq->queued[rw]);
1039                 BUG_ON(tg->td->nr_queued[rw] <= 0);
1040                 tg->td->nr_queued[rw]--;
1041         }
1042
1043         throtl_trim_slice(tg, rw);
1044
1045         if (tg_to_put)
1046                 blkg_put(tg_to_blkg(tg_to_put));
1047 }
1048
1049 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_grp *tg)
1050 {
1051         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1052         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
1053         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
1054         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
1055         struct bio *bio;
1056
1057         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
1058
1059         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])) &&
1060                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1061
1062                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1063                 nr_reads++;
1064
1065                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
1066                         break;
1067         }
1068
1069         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])) &&
1070                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1071
1072                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1073                 nr_writes++;
1074
1075                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
1076                         break;
1077         }
1078
1079         return nr_reads + nr_writes;
1080 }
1081
1082 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1083 {
1084         unsigned int nr_disp = 0;
1085
1086         while (1) {
1087                 struct throtl_grp *tg = throtl_rb_first(parent_sq);
1088                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1089
1090                 if (!tg)
1091                         break;
1092
1093                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
1094                         break;
1095
1096                 throtl_dequeue_tg(tg);
1097
1098                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(tg);
1099
1100                 if (sq->nr_queued[0] || sq->nr_queued[1])
1101                         tg_update_disptime(tg);
1102
1103                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
1104                         break;
1105         }
1106
1107         return nr_disp;
1108 }
1109
1110 /**
1111  * throtl_pending_timer_fn - timer function for service_queue->pending_timer
1112  * @arg: the throtl_service_queue being serviced
1113  *
1114  * This timer is armed when a child throtl_grp with active bio's become
1115  * pending and queued on the service_queue's pending_tree and expires when
1116  * the first child throtl_grp should be dispatched.  This function
1117  * dispatches bio's from the children throtl_grps to the parent
1118  * service_queue.
1119  *
1120  * If the parent's parent is another throtl_grp, dispatching is propagated
1121  * by either arming its pending_timer or repeating dispatch directly.  If
1122  * the top-level service_tree is reached, throtl_data->dispatch_work is
1123  * kicked so that the ready bio's are issued.
1124  */
1125 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg)
1126 {
1127         struct throtl_service_queue *sq = (void *)arg;
1128         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
1129         struct throtl_data *td = sq_to_td(sq);
1130         struct request_queue *q = td->queue;
1131         struct throtl_service_queue *parent_sq;
1132         bool dispatched;
1133         int ret;
1134
1135         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1136 again:
1137         parent_sq = sq->parent_sq;
1138         dispatched = false;
1139
1140         while (true) {
1141                 throtl_log(sq, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
1142                            sq->nr_queued[READ] + sq->nr_queued[WRITE],
1143                            sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1144
1145                 ret = throtl_select_dispatch(sq);
1146                 if (ret) {
1147                         throtl_log(sq, "bios disp=%u", ret);
1148                         dispatched = true;
1149                 }
1150
1151                 if (throtl_schedule_next_dispatch(sq, false))
1152                         break;
1153
1154                 /* this dispatch windows is still open, relax and repeat */
1155                 spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1156                 cpu_relax();
1157                 spin_lock_irq(q->queue_lock);
1158         }
1159
1160         if (!dispatched)
1161                 goto out_unlock;
1162
1163         if (parent_sq) {
1164                 /* @parent_sq is another throl_grp, propagate dispatch */
1165                 if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1166                         tg_update_disptime(tg);
1167                         if (!throtl_schedule_next_dispatch(parent_sq, false)) {
1168                                 /* window is already open, repeat dispatching */
1169                                 sq = parent_sq;
1170                                 tg = sq_to_tg(sq);
1171                                 goto again;
1172                         }
1173                 }
1174         } else {
1175                 /* reached the top-level, queue issueing */
1176                 queue_work(kthrotld_workqueue, &td->dispatch_work);
1177         }
1178 out_unlock:
1179         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1180 }
1181
1182 /**
1183  * blk_throtl_dispatch_work_fn - work function for throtl_data->dispatch_work
1184  * @work: work item being executed
1185  *
1186  * This function is queued for execution when bio's reach the bio_lists[]
1187  * of throtl_data->service_queue.  Those bio's are ready and issued by this
1188  * function.
1189  */
1190 static void blk_throtl_dispatch_work_fn(struct work_struct *work)
1191 {
1192         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
1193                                               dispatch_work);
1194         struct throtl_service_queue *td_sq = &td->service_queue;
1195         struct request_queue *q = td->queue;
1196         struct bio_list bio_list_on_stack;
1197         struct bio *bio;
1198         struct blk_plug plug;
1199         int rw;
1200
1201         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
1202
1203         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1204         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1205                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td_sq->queued[rw], NULL)))
1206                         bio_list_add(&bio_list_on_stack, bio);
1207         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1208
1209         if (!bio_list_empty(&bio_list_on_stack)) {
1210                 blk_start_plug(&plug);
1211                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
1212                         generic_make_request(bio);
1213                 blk_finish_plug(&plug);
1214         }
1215 }
1216
1217 static u64 tg_prfill_cpu_rwstat(struct seq_file *sf,
1218                                 struct blkg_policy_data *pd, int off)
1219 {
1220         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1221         struct blkg_rwstat rwstat = { }, tmp;
1222         int i, cpu;
1223
1224         for_each_possible_cpu(cpu) {
1225                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
1226
1227                 tmp = blkg_rwstat_read((void *)sc + off);
1228                 for (i = 0; i < BLKG_RWSTAT_NR; i++)
1229                         rwstat.cnt[i] += tmp.cnt[i];
1230         }
1231
1232         return __blkg_prfill_rwstat(sf, pd, &rwstat);
1233 }
1234
1235 static int tg_print_cpu_rwstat(struct seq_file *sf, void *v)
1236 {
1237         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_cpu_rwstat,
1238                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, true);
1239         return 0;
1240 }
1241
1242 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1243                               int off)
1244 {
1245         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1246         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
1247
1248         if (v == -1)
1249                 return 0;
1250         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1251 }
1252
1253 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1254                                int off)
1255 {
1256         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1257         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
1258
1259         if (v == -1)
1260                 return 0;
1261         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1262 }
1263
1264 static int tg_print_conf_u64(struct seq_file *sf, void *v)
1265 {
1266         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_u64,
1267                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1268         return 0;
1269 }
1270
1271 static int tg_print_conf_uint(struct seq_file *sf, void *v)
1272 {
1273         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_uint,
1274                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1275         return 0;
1276 }
1277
1278 static ssize_t tg_set_conf(struct kernfs_open_file *of,
1279                            char *buf, size_t nbytes, loff_t off, bool is_u64)
1280 {
1281         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
1282         struct blkg_conf_ctx ctx;
1283         struct throtl_grp *tg;
1284         struct throtl_service_queue *sq;
1285         struct blkcg_gq *blkg;
1286         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1287         int ret;
1288
1289         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1290         if (ret)
1291                 return ret;
1292
1293         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1294         sq = &tg->service_queue;
1295
1296         if (!ctx.v)
1297                 ctx.v = -1;
1298
1299         if (is_u64)
1300                 *(u64 *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = ctx.v;
1301         else
1302                 *(unsigned int *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = ctx.v;
1303
1304         throtl_log(&tg->service_queue,
1305                    "limit change rbps=%llu wbps=%llu riops=%u wiops=%u",
1306                    tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
1307                    tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
1308
1309         /*
1310          * Update has_rules[] flags for the updated tg's subtree.  A tg is
1311          * considered to have rules if either the tg itself or any of its
1312          * ancestors has rules.  This identifies groups without any
1313          * restrictions in the whole hierarchy and allows them to bypass
1314          * blk-throttle.
1315          */
1316         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css, ctx.blkg)
1317                 tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
1318
1319         /*
1320          * We're already holding queue_lock and know @tg is valid.  Let's
1321          * apply the new config directly.
1322          *
1323          * Restart the slices for both READ and WRITES. It might happen
1324          * that a group's limit are dropped suddenly and we don't want to
1325          * account recently dispatched IO with new low rate.
1326          */
1327         throtl_start_new_slice(tg, 0);
1328         throtl_start_new_slice(tg, 1);
1329
1330         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING) {
1331                 tg_update_disptime(tg);
1332                 throtl_schedule_next_dispatch(sq->parent_sq, true);
1333         }
1334
1335         blkg_conf_finish(&ctx);
1336         return nbytes;
1337 }
1338
1339 static ssize_t tg_set_conf_u64(struct kernfs_open_file *of,
1340                                char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1341 {
1342         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, true);
1343 }
1344
1345 static ssize_t tg_set_conf_uint(struct kernfs_open_file *of,
1346                                 char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1347 {
1348         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, false);
1349 }
1350
1351 static struct cftype throtl_files[] = {
1352         {
1353                 .name = "throttle.read_bps_device",
1354                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1355                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1356                 .write = tg_set_conf_u64,
1357         },
1358         {
1359                 .name = "throttle.write_bps_device",
1360                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1361                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1362                 .write = tg_set_conf_u64,
1363         },
1364         {
1365                 .name = "throttle.read_iops_device",
1366                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1367                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1368                 .write = tg_set_conf_uint,
1369         },
1370         {
1371                 .name = "throttle.write_iops_device",
1372                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1373                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1374                 .write = tg_set_conf_uint,
1375         },
1376         {
1377                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1378                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, service_bytes),
1379                 .seq_show = tg_print_cpu_rwstat,
1380         },
1381         {
1382                 .name = "throttle.io_serviced",
1383                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, serviced),
1384                 .seq_show = tg_print_cpu_rwstat,
1385         },
1386         { }     /* terminate */
1387 };
1388
1389 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1390 {
1391         struct throtl_data *td = q->td;
1392
1393         cancel_work_sync(&td->dispatch_work);
1394 }
1395
1396 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1397         .cftypes                = throtl_files,
1398
1399         .pd_alloc_fn            = throtl_pd_alloc,
1400         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1401         .pd_online_fn           = throtl_pd_online,
1402         .pd_free_fn             = throtl_pd_free,
1403         .pd_reset_stats_fn      = throtl_pd_reset_stats,
1404 };
1405
1406 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1407 {
1408         struct throtl_data *td = q->td;
1409         struct throtl_qnode *qn = NULL;
1410         struct throtl_grp *tg;
1411         struct throtl_service_queue *sq;
1412         bool rw = bio_data_dir(bio);
1413         struct blkcg *blkcg;
1414         bool throttled = false;
1415
1416         /* see throtl_charge_bio() */
1417         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)
1418                 goto out;
1419
1420         /*
1421          * A throtl_grp pointer retrieved under rcu can be used to access
1422          * basic fields like stats and io rates. If a group has no rules,
1423          * just update the dispatch stats in lockless manner and return.
1424          */
1425         rcu_read_lock();
1426         blkcg = bio_blkcg(bio);
1427         tg = throtl_lookup_tg(td, blkcg);
1428         if (tg) {
1429                 if (!tg->has_rules[rw]) {
1430                         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1431                                         bio->bi_iter.bi_size, bio->bi_rw);
1432                         goto out_unlock_rcu;
1433                 }
1434         }
1435
1436         /*
1437          * Either group has not been allocated yet or it is not an unlimited
1438          * IO group
1439          */
1440         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1441         tg = throtl_lookup_create_tg(td, blkcg);
1442         if (unlikely(!tg))
1443                 goto out_unlock;
1444
1445         sq = &tg->service_queue;
1446
1447         while (true) {
1448                 /* throtl is FIFO - if bios are already queued, should queue */
1449                 if (sq->nr_queued[rw])
1450                         break;
1451
1452                 /* if above limits, break to queue */
1453                 if (!tg_may_dispatch(tg, bio, NULL))
1454                         break;
1455
1456                 /* within limits, let's charge and dispatch directly */
1457                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1458
1459                 /*
1460                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1461                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1462                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1463                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1464                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1465                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1466                  * time.
1467                  *
1468                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1469                  */
1470                 throtl_trim_slice(tg, rw);
1471
1472                 /*
1473                  * @bio passed through this layer without being throttled.
1474                  * Climb up the ladder.  If we''re already at the top, it
1475                  * can be executed directly.
1476                  */
1477                 qn = &tg->qnode_on_parent[rw];
1478                 sq = sq->parent_sq;
1479                 tg = sq_to_tg(sq);
1480                 if (!tg)
1481                         goto out_unlock;
1482         }
1483
1484         /* out-of-limit, queue to @tg */
1485         throtl_log(sq, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1486                    rw == READ ? 'R' : 'W',
1487                    tg->bytes_disp[rw], bio->bi_iter.bi_size, tg->bps[rw],
1488                    tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1489                    sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1490
1491         bio_associate_current(bio);
1492         tg->td->nr_queued[rw]++;
1493         throtl_add_bio_tg(bio, qn, tg);
1494         throttled = true;
1495
1496         /*
1497          * Update @tg's dispatch time and force schedule dispatch if @tg
1498          * was empty before @bio.  The forced scheduling isn't likely to
1499          * cause undue delay as @bio is likely to be dispatched directly if
1500          * its @tg's disptime is not in the future.
1501          */
1502         if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1503                 tg_update_disptime(tg);
1504                 throtl_schedule_next_dispatch(tg->service_queue.parent_sq, true);
1505         }
1506
1507 out_unlock:
1508         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1509 out_unlock_rcu:
1510         rcu_read_unlock();
1511 out:
1512         /*
1513          * As multiple blk-throtls may stack in the same issue path, we
1514          * don't want bios to leave with the flag set.  Clear the flag if
1515          * being issued.
1516          */
1517         if (!throttled)
1518                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1519         return throttled;
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Dispatch all bios from all children tg's queued on @parent_sq.  On
1524  * return, @parent_sq is guaranteed to not have any active children tg's
1525  * and all bios from previously active tg's are on @parent_sq->bio_lists[].
1526  */
1527 static void tg_drain_bios(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1528 {
1529         struct throtl_grp *tg;
1530
1531         while ((tg = throtl_rb_first(parent_sq))) {
1532                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1533                 struct bio *bio;
1534
1535                 throtl_dequeue_tg(tg);
1536
1537                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1538                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1539                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1540                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1541         }
1542 }
1543
1544 /**
1545  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1546  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1547  *
1548  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1549  */
1550 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1551         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1552 {
1553         struct throtl_data *td = q->td;
1554         struct blkcg_gq *blkg;
1555         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1556         struct bio *bio;
1557         int rw;
1558
1559         queue_lockdep_assert_held(q);
1560         rcu_read_lock();
1561
1562         /*
1563          * Drain each tg while doing post-order walk on the blkg tree, so
1564          * that all bios are propagated to td->service_queue.  It'd be
1565          * better to walk service_queue tree directly but blkg walk is
1566          * easier.
1567          */
1568         blkg_for_each_descendant_post(blkg, pos_css, td->queue->root_blkg)
1569                 tg_drain_bios(&blkg_to_tg(blkg)->service_queue);
1570
1571         /* finally, transfer bios from top-level tg's into the td */
1572         tg_drain_bios(&td->service_queue);
1573
1574         rcu_read_unlock();
1575         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1576
1577         /* all bios now should be in td->service_queue, issue them */
1578         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1579                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td->service_queue.queued[rw],
1580                                                 NULL)))
1581                         generic_make_request(bio);
1582
1583         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1584 }
1585
1586 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1587 {
1588         struct throtl_data *td;
1589         int ret;
1590
1591         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1592         if (!td)
1593                 return -ENOMEM;
1594
1595         INIT_WORK(&td->dispatch_work, blk_throtl_dispatch_work_fn);
1596         throtl_service_queue_init(&td->service_queue);
1597
1598         q->td = td;
1599         td->queue = q;
1600
1601         /* activate policy */
1602         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1603         if (ret)
1604                 kfree(td);
1605         return ret;
1606 }
1607
1608 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1609 {
1610         BUG_ON(!q->td);
1611         throtl_shutdown_wq(q);
1612         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1613         kfree(q->td);
1614 }
1615
1616 static int __init throtl_init(void)
1617 {
1618         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1619         if (!kthrotld_workqueue)
1620                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1621
1622         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1623 }
1624
1625 module_init(throtl_init);