blk-throttle: remove asynchrnous percpu stats allocation mechanism
[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                                       struct throtl_service_queue *parent_sq)
335 {
336         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[0]);
337         INIT_LIST_HEAD(&sq->queued[1]);
338         sq->pending_tree = RB_ROOT;
339         sq->parent_sq = parent_sq;
340         setup_timer(&sq->pending_timer, throtl_pending_timer_fn,
341                     (unsigned long)sq);
342 }
343
344 static void throtl_service_queue_exit(struct throtl_service_queue *sq)
345 {
346         del_timer_sync(&sq->pending_timer);
347 }
348
349 static struct blkg_policy_data *throtl_pd_alloc(gfp_t gfp, int node)
350 {
351         struct throtl_grp *tg;
352         int cpu;
353
354         tg = kzalloc_node(sizeof(*tg), gfp, node);
355         if (!tg)
356                 return NULL;
357
358         tg->stats_cpu = alloc_percpu_gfp(struct tg_stats_cpu, gfp);
359         if (!tg->stats_cpu) {
360                 kfree(tg);
361                 return NULL;
362         }
363
364         for_each_possible_cpu(cpu) {
365                 struct tg_stats_cpu *stats_cpu = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
366
367                 blkg_rwstat_init(&stats_cpu->service_bytes);
368                 blkg_rwstat_init(&stats_cpu->serviced);
369         }
370
371         return &tg->pd;
372 }
373
374 static void throtl_pd_init(struct blkcg_gq *blkg)
375 {
376         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
377         struct throtl_data *td = blkg->q->td;
378         struct throtl_service_queue *parent_sq;
379         int rw;
380
381         /*
382          * If on the default hierarchy, we switch to properly hierarchical
383          * behavior where limits on a given throtl_grp are applied to the
384          * whole subtree rather than just the group itself.  e.g. If 16M
385          * read_bps limit is set on the root group, the whole system can't
386          * exceed 16M for the device.
387          *
388          * If not on the default hierarchy, the broken flat hierarchy
389          * behavior is retained where all throtl_grps are treated as if
390          * they're all separate root groups right below throtl_data.
391          * Limits of a group don't interact with limits of other groups
392          * regardless of the position of the group in the hierarchy.
393          */
394         parent_sq = &td->service_queue;
395
396         if (cgroup_on_dfl(blkg->blkcg->css.cgroup) && blkg->parent)
397                 parent_sq = &blkg_to_tg(blkg->parent)->service_queue;
398
399         throtl_service_queue_init(&tg->service_queue, parent_sq);
400
401         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++) {
402                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_self[rw], tg);
403                 throtl_qnode_init(&tg->qnode_on_parent[rw], tg);
404         }
405
406         RB_CLEAR_NODE(&tg->rb_node);
407         tg->td = td;
408
409         tg->bps[READ] = -1;
410         tg->bps[WRITE] = -1;
411         tg->iops[READ] = -1;
412         tg->iops[WRITE] = -1;
413 }
414
415 /*
416  * Set has_rules[] if @tg or any of its parents have limits configured.
417  * This doesn't require walking up to the top of the hierarchy as the
418  * parent's has_rules[] is guaranteed to be correct.
419  */
420 static void tg_update_has_rules(struct throtl_grp *tg)
421 {
422         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(tg->service_queue.parent_sq);
423         int rw;
424
425         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
426                 tg->has_rules[rw] = (parent_tg && parent_tg->has_rules[rw]) ||
427                                     (tg->bps[rw] != -1 || tg->iops[rw] != -1);
428 }
429
430 static void throtl_pd_online(struct blkcg_gq *blkg)
431 {
432         /*
433          * We don't want new groups to escape the limits of its ancestors.
434          * Update has_rules[] after a new group is brought online.
435          */
436         tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
437 }
438
439 static void throtl_pd_exit(struct blkcg_gq *blkg)
440 {
441         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
442
443         throtl_service_queue_exit(&tg->service_queue);
444 }
445
446 static void throtl_pd_free(struct blkg_policy_data *pd)
447 {
448         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
449
450         free_percpu(tg->stats_cpu);
451         kfree(tg);
452 }
453
454 static void throtl_pd_reset_stats(struct blkcg_gq *blkg)
455 {
456         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
457         int cpu;
458
459         for_each_possible_cpu(cpu) {
460                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
461
462                 blkg_rwstat_reset(&sc->service_bytes);
463                 blkg_rwstat_reset(&sc->serviced);
464         }
465 }
466
467 static struct throtl_grp *throtl_lookup_tg(struct throtl_data *td,
468                                            struct blkcg *blkcg)
469 {
470         /*
471          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
472          * in this case
473          */
474         if (blkcg == &blkcg_root)
475                 return td_root_tg(td);
476
477         return blkg_to_tg(blkg_lookup(blkcg, td->queue));
478 }
479
480 static struct throtl_grp *throtl_lookup_create_tg(struct throtl_data *td,
481                                                   struct blkcg *blkcg)
482 {
483         struct request_queue *q = td->queue;
484         struct throtl_grp *tg = NULL;
485
486         /*
487          * This is the common case when there are no blkcgs.  Avoid lookup
488          * in this case
489          */
490         if (blkcg == &blkcg_root) {
491                 tg = td_root_tg(td);
492         } else {
493                 struct blkcg_gq *blkg;
494
495                 blkg = blkg_lookup_create(blkcg, q);
496
497                 /* if %NULL and @q is alive, fall back to root_tg */
498                 if (!IS_ERR(blkg))
499                         tg = blkg_to_tg(blkg);
500                 else if (!blk_queue_dying(q))
501                         tg = td_root_tg(td);
502         }
503
504         return tg;
505 }
506
507 static struct throtl_grp *
508 throtl_rb_first(struct throtl_service_queue *parent_sq)
509 {
510         /* Service tree is empty */
511         if (!parent_sq->nr_pending)
512                 return NULL;
513
514         if (!parent_sq->first_pending)
515                 parent_sq->first_pending = rb_first(&parent_sq->pending_tree);
516
517         if (parent_sq->first_pending)
518                 return rb_entry_tg(parent_sq->first_pending);
519
520         return NULL;
521 }
522
523 static void rb_erase_init(struct rb_node *n, struct rb_root *root)
524 {
525         rb_erase(n, root);
526         RB_CLEAR_NODE(n);
527 }
528
529 static void throtl_rb_erase(struct rb_node *n,
530                             struct throtl_service_queue *parent_sq)
531 {
532         if (parent_sq->first_pending == n)
533                 parent_sq->first_pending = NULL;
534         rb_erase_init(n, &parent_sq->pending_tree);
535         --parent_sq->nr_pending;
536 }
537
538 static void update_min_dispatch_time(struct throtl_service_queue *parent_sq)
539 {
540         struct throtl_grp *tg;
541
542         tg = throtl_rb_first(parent_sq);
543         if (!tg)
544                 return;
545
546         parent_sq->first_pending_disptime = tg->disptime;
547 }
548
549 static void tg_service_queue_add(struct throtl_grp *tg)
550 {
551         struct throtl_service_queue *parent_sq = tg->service_queue.parent_sq;
552         struct rb_node **node = &parent_sq->pending_tree.rb_node;
553         struct rb_node *parent = NULL;
554         struct throtl_grp *__tg;
555         unsigned long key = tg->disptime;
556         int left = 1;
557
558         while (*node != NULL) {
559                 parent = *node;
560                 __tg = rb_entry_tg(parent);
561
562                 if (time_before(key, __tg->disptime))
563                         node = &parent->rb_left;
564                 else {
565                         node = &parent->rb_right;
566                         left = 0;
567                 }
568         }
569
570         if (left)
571                 parent_sq->first_pending = &tg->rb_node;
572
573         rb_link_node(&tg->rb_node, parent, node);
574         rb_insert_color(&tg->rb_node, &parent_sq->pending_tree);
575 }
576
577 static void __throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
578 {
579         tg_service_queue_add(tg);
580         tg->flags |= THROTL_TG_PENDING;
581         tg->service_queue.parent_sq->nr_pending++;
582 }
583
584 static void throtl_enqueue_tg(struct throtl_grp *tg)
585 {
586         if (!(tg->flags & THROTL_TG_PENDING))
587                 __throtl_enqueue_tg(tg);
588 }
589
590 static void __throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
591 {
592         throtl_rb_erase(&tg->rb_node, tg->service_queue.parent_sq);
593         tg->flags &= ~THROTL_TG_PENDING;
594 }
595
596 static void throtl_dequeue_tg(struct throtl_grp *tg)
597 {
598         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING)
599                 __throtl_dequeue_tg(tg);
600 }
601
602 /* Call with queue lock held */
603 static void throtl_schedule_pending_timer(struct throtl_service_queue *sq,
604                                           unsigned long expires)
605 {
606         mod_timer(&sq->pending_timer, expires);
607         throtl_log(sq, "schedule timer. delay=%lu jiffies=%lu",
608                    expires - jiffies, jiffies);
609 }
610
611 /**
612  * throtl_schedule_next_dispatch - schedule the next dispatch cycle
613  * @sq: the service_queue to schedule dispatch for
614  * @force: force scheduling
615  *
616  * Arm @sq->pending_timer so that the next dispatch cycle starts on the
617  * dispatch time of the first pending child.  Returns %true if either timer
618  * is armed or there's no pending child left.  %false if the current
619  * dispatch window is still open and the caller should continue
620  * dispatching.
621  *
622  * If @force is %true, the dispatch timer is always scheduled and this
623  * function is guaranteed to return %true.  This is to be used when the
624  * caller can't dispatch itself and needs to invoke pending_timer
625  * unconditionally.  Note that forced scheduling is likely to induce short
626  * delay before dispatch starts even if @sq->first_pending_disptime is not
627  * in the future and thus shouldn't be used in hot paths.
628  */
629 static bool throtl_schedule_next_dispatch(struct throtl_service_queue *sq,
630                                           bool force)
631 {
632         /* any pending children left? */
633         if (!sq->nr_pending)
634                 return true;
635
636         update_min_dispatch_time(sq);
637
638         /* is the next dispatch time in the future? */
639         if (force || time_after(sq->first_pending_disptime, jiffies)) {
640                 throtl_schedule_pending_timer(sq, sq->first_pending_disptime);
641                 return true;
642         }
643
644         /* tell the caller to continue dispatching */
645         return false;
646 }
647
648 static inline void throtl_start_new_slice_with_credit(struct throtl_grp *tg,
649                 bool rw, unsigned long start)
650 {
651         tg->bytes_disp[rw] = 0;
652         tg->io_disp[rw] = 0;
653
654         /*
655          * Previous slice has expired. We must have trimmed it after last
656          * bio dispatch. That means since start of last slice, we never used
657          * that bandwidth. Do try to make use of that bandwidth while giving
658          * credit.
659          */
660         if (time_after_eq(start, tg->slice_start[rw]))
661                 tg->slice_start[rw] = start;
662
663         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
664         throtl_log(&tg->service_queue,
665                    "[%c] new slice with credit start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
666                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
667                    tg->slice_end[rw], jiffies);
668 }
669
670 static inline void throtl_start_new_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
671 {
672         tg->bytes_disp[rw] = 0;
673         tg->io_disp[rw] = 0;
674         tg->slice_start[rw] = jiffies;
675         tg->slice_end[rw] = jiffies + throtl_slice;
676         throtl_log(&tg->service_queue,
677                    "[%c] new slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
678                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
679                    tg->slice_end[rw], jiffies);
680 }
681
682 static inline void throtl_set_slice_end(struct throtl_grp *tg, bool rw,
683                                         unsigned long jiffy_end)
684 {
685         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
686 }
687
688 static inline void throtl_extend_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw,
689                                        unsigned long jiffy_end)
690 {
691         tg->slice_end[rw] = roundup(jiffy_end, throtl_slice);
692         throtl_log(&tg->service_queue,
693                    "[%c] extend slice start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
694                    rw == READ ? 'R' : 'W', tg->slice_start[rw],
695                    tg->slice_end[rw], jiffies);
696 }
697
698 /* Determine if previously allocated or extended slice is complete or not */
699 static bool throtl_slice_used(struct throtl_grp *tg, bool rw)
700 {
701         if (time_in_range(jiffies, tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw]))
702                 return false;
703
704         return 1;
705 }
706
707 /* Trim the used slices and adjust slice start accordingly */
708 static inline void throtl_trim_slice(struct throtl_grp *tg, bool rw)
709 {
710         unsigned long nr_slices, time_elapsed, io_trim;
711         u64 bytes_trim, tmp;
712
713         BUG_ON(time_before(tg->slice_end[rw], tg->slice_start[rw]));
714
715         /*
716          * If bps are unlimited (-1), then time slice don't get
717          * renewed. Don't try to trim the slice if slice is used. A new
718          * slice will start when appropriate.
719          */
720         if (throtl_slice_used(tg, rw))
721                 return;
722
723         /*
724          * A bio has been dispatched. Also adjust slice_end. It might happen
725          * that initially cgroup limit was very low resulting in high
726          * slice_end, but later limit was bumped up and bio was dispached
727          * sooner, then we need to reduce slice_end. A high bogus slice_end
728          * is bad because it does not allow new slice to start.
729          */
730
731         throtl_set_slice_end(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
732
733         time_elapsed = jiffies - tg->slice_start[rw];
734
735         nr_slices = time_elapsed / throtl_slice;
736
737         if (!nr_slices)
738                 return;
739         tmp = tg->bps[rw] * throtl_slice * nr_slices;
740         do_div(tmp, HZ);
741         bytes_trim = tmp;
742
743         io_trim = (tg->iops[rw] * throtl_slice * nr_slices)/HZ;
744
745         if (!bytes_trim && !io_trim)
746                 return;
747
748         if (tg->bytes_disp[rw] >= bytes_trim)
749                 tg->bytes_disp[rw] -= bytes_trim;
750         else
751                 tg->bytes_disp[rw] = 0;
752
753         if (tg->io_disp[rw] >= io_trim)
754                 tg->io_disp[rw] -= io_trim;
755         else
756                 tg->io_disp[rw] = 0;
757
758         tg->slice_start[rw] += nr_slices * throtl_slice;
759
760         throtl_log(&tg->service_queue,
761                    "[%c] trim slice nr=%lu bytes=%llu io=%lu start=%lu end=%lu jiffies=%lu",
762                    rw == READ ? 'R' : 'W', nr_slices, bytes_trim, io_trim,
763                    tg->slice_start[rw], tg->slice_end[rw], jiffies);
764 }
765
766 static bool tg_with_in_iops_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
767                                   unsigned long *wait)
768 {
769         bool rw = bio_data_dir(bio);
770         unsigned int io_allowed;
771         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
772         u64 tmp;
773
774         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
775
776         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
777         if (!jiffy_elapsed)
778                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
779
780         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
781
782         /*
783          * jiffy_elapsed_rnd should not be a big value as minimum iops can be
784          * 1 then at max jiffy elapsed should be equivalent of 1 second as we
785          * will allow dispatch after 1 second and after that slice should
786          * have been trimmed.
787          */
788
789         tmp = (u64)tg->iops[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
790         do_div(tmp, HZ);
791
792         if (tmp > UINT_MAX)
793                 io_allowed = UINT_MAX;
794         else
795                 io_allowed = tmp;
796
797         if (tg->io_disp[rw] + 1 <= io_allowed) {
798                 if (wait)
799                         *wait = 0;
800                 return true;
801         }
802
803         /* Calc approx time to dispatch */
804         jiffy_wait = ((tg->io_disp[rw] + 1) * HZ)/tg->iops[rw] + 1;
805
806         if (jiffy_wait > jiffy_elapsed)
807                 jiffy_wait = jiffy_wait - jiffy_elapsed;
808         else
809                 jiffy_wait = 1;
810
811         if (wait)
812                 *wait = jiffy_wait;
813         return 0;
814 }
815
816 static bool tg_with_in_bps_limit(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
817                                  unsigned long *wait)
818 {
819         bool rw = bio_data_dir(bio);
820         u64 bytes_allowed, extra_bytes, tmp;
821         unsigned long jiffy_elapsed, jiffy_wait, jiffy_elapsed_rnd;
822
823         jiffy_elapsed = jiffy_elapsed_rnd = jiffies - tg->slice_start[rw];
824
825         /* Slice has just started. Consider one slice interval */
826         if (!jiffy_elapsed)
827                 jiffy_elapsed_rnd = throtl_slice;
828
829         jiffy_elapsed_rnd = roundup(jiffy_elapsed_rnd, throtl_slice);
830
831         tmp = tg->bps[rw] * jiffy_elapsed_rnd;
832         do_div(tmp, HZ);
833         bytes_allowed = tmp;
834
835         if (tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size <= bytes_allowed) {
836                 if (wait)
837                         *wait = 0;
838                 return true;
839         }
840
841         /* Calc approx time to dispatch */
842         extra_bytes = tg->bytes_disp[rw] + bio->bi_iter.bi_size - bytes_allowed;
843         jiffy_wait = div64_u64(extra_bytes * HZ, tg->bps[rw]);
844
845         if (!jiffy_wait)
846                 jiffy_wait = 1;
847
848         /*
849          * This wait time is without taking into consideration the rounding
850          * up we did. Add that time also.
851          */
852         jiffy_wait = jiffy_wait + (jiffy_elapsed_rnd - jiffy_elapsed);
853         if (wait)
854                 *wait = jiffy_wait;
855         return 0;
856 }
857
858 /*
859  * Returns whether one can dispatch a bio or not. Also returns approx number
860  * of jiffies to wait before this bio is with-in IO rate and can be dispatched
861  */
862 static bool tg_may_dispatch(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio,
863                             unsigned long *wait)
864 {
865         bool rw = bio_data_dir(bio);
866         unsigned long bps_wait = 0, iops_wait = 0, max_wait = 0;
867
868         /*
869          * Currently whole state machine of group depends on first bio
870          * queued in the group bio list. So one should not be calling
871          * this function with a different bio if there are other bios
872          * queued.
873          */
874         BUG_ON(tg->service_queue.nr_queued[rw] &&
875                bio != throtl_peek_queued(&tg->service_queue.queued[rw]));
876
877         /* If tg->bps = -1, then BW is unlimited */
878         if (tg->bps[rw] == -1 && tg->iops[rw] == -1) {
879                 if (wait)
880                         *wait = 0;
881                 return true;
882         }
883
884         /*
885          * If previous slice expired, start a new one otherwise renew/extend
886          * existing slice to make sure it is at least throtl_slice interval
887          * long since now.
888          */
889         if (throtl_slice_used(tg, rw))
890                 throtl_start_new_slice(tg, rw);
891         else {
892                 if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + throtl_slice))
893                         throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + throtl_slice);
894         }
895
896         if (tg_with_in_bps_limit(tg, bio, &bps_wait) &&
897             tg_with_in_iops_limit(tg, bio, &iops_wait)) {
898                 if (wait)
899                         *wait = 0;
900                 return 1;
901         }
902
903         max_wait = max(bps_wait, iops_wait);
904
905         if (wait)
906                 *wait = max_wait;
907
908         if (time_before(tg->slice_end[rw], jiffies + max_wait))
909                 throtl_extend_slice(tg, rw, jiffies + max_wait);
910
911         return 0;
912 }
913
914 static void throtl_update_dispatch_stats(struct blkcg_gq *blkg, u64 bytes,
915                                          int rw)
916 {
917         struct throtl_grp *tg = blkg_to_tg(blkg);
918         struct tg_stats_cpu *stats_cpu;
919         unsigned long flags;
920
921         /*
922          * Disabling interrupts to provide mutual exclusion between two
923          * writes on same cpu. It probably is not needed for 64bit. Not
924          * optimizing that case yet.
925          */
926         local_irq_save(flags);
927
928         stats_cpu = this_cpu_ptr(tg->stats_cpu);
929
930         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->serviced, rw, 1);
931         blkg_rwstat_add(&stats_cpu->service_bytes, rw, bytes);
932
933         local_irq_restore(flags);
934 }
935
936 static void throtl_charge_bio(struct throtl_grp *tg, struct bio *bio)
937 {
938         bool rw = bio_data_dir(bio);
939
940         /* Charge the bio to the group */
941         tg->bytes_disp[rw] += bio->bi_iter.bi_size;
942         tg->io_disp[rw]++;
943
944         /*
945          * REQ_THROTTLED is used to prevent the same bio to be throttled
946          * more than once as a throttled bio will go through blk-throtl the
947          * second time when it eventually gets issued.  Set it when a bio
948          * is being charged to a tg.
949          *
950          * Dispatch stats aren't recursive and each @bio should only be
951          * accounted by the @tg it was originally associated with.  Let's
952          * update the stats when setting REQ_THROTTLED for the first time
953          * which is guaranteed to be for the @bio's original tg.
954          */
955         if (!(bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)) {
956                 bio->bi_rw |= REQ_THROTTLED;
957                 throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
958                                              bio->bi_iter.bi_size, bio->bi_rw);
959         }
960 }
961
962 /**
963  * throtl_add_bio_tg - add a bio to the specified throtl_grp
964  * @bio: bio to add
965  * @qn: qnode to use
966  * @tg: the target throtl_grp
967  *
968  * Add @bio to @tg's service_queue using @qn.  If @qn is not specified,
969  * tg->qnode_on_self[] is used.
970  */
971 static void throtl_add_bio_tg(struct bio *bio, struct throtl_qnode *qn,
972                               struct throtl_grp *tg)
973 {
974         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
975         bool rw = bio_data_dir(bio);
976
977         if (!qn)
978                 qn = &tg->qnode_on_self[rw];
979
980         /*
981          * If @tg doesn't currently have any bios queued in the same
982          * direction, queueing @bio can change when @tg should be
983          * dispatched.  Mark that @tg was empty.  This is automatically
984          * cleaered on the next tg_update_disptime().
985          */
986         if (!sq->nr_queued[rw])
987                 tg->flags |= THROTL_TG_WAS_EMPTY;
988
989         throtl_qnode_add_bio(bio, qn, &sq->queued[rw]);
990
991         sq->nr_queued[rw]++;
992         throtl_enqueue_tg(tg);
993 }
994
995 static void tg_update_disptime(struct throtl_grp *tg)
996 {
997         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
998         unsigned long read_wait = -1, write_wait = -1, min_wait = -1, disptime;
999         struct bio *bio;
1000
1001         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1002                 tg_may_dispatch(tg, bio, &read_wait);
1003
1004         if ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1005                 tg_may_dispatch(tg, bio, &write_wait);
1006
1007         min_wait = min(read_wait, write_wait);
1008         disptime = jiffies + min_wait;
1009
1010         /* Update dispatch time */
1011         throtl_dequeue_tg(tg);
1012         tg->disptime = disptime;
1013         throtl_enqueue_tg(tg);
1014
1015         /* see throtl_add_bio_tg() */
1016         tg->flags &= ~THROTL_TG_WAS_EMPTY;
1017 }
1018
1019 static void start_parent_slice_with_credit(struct throtl_grp *child_tg,
1020                                         struct throtl_grp *parent_tg, bool rw)
1021 {
1022         if (throtl_slice_used(parent_tg, rw)) {
1023                 throtl_start_new_slice_with_credit(parent_tg, rw,
1024                                 child_tg->slice_start[rw]);
1025         }
1026
1027 }
1028
1029 static void tg_dispatch_one_bio(struct throtl_grp *tg, bool rw)
1030 {
1031         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1032         struct throtl_service_queue *parent_sq = sq->parent_sq;
1033         struct throtl_grp *parent_tg = sq_to_tg(parent_sq);
1034         struct throtl_grp *tg_to_put = NULL;
1035         struct bio *bio;
1036
1037         /*
1038          * @bio is being transferred from @tg to @parent_sq.  Popping a bio
1039          * from @tg may put its reference and @parent_sq might end up
1040          * getting released prematurely.  Remember the tg to put and put it
1041          * after @bio is transferred to @parent_sq.
1042          */
1043         bio = throtl_pop_queued(&sq->queued[rw], &tg_to_put);
1044         sq->nr_queued[rw]--;
1045
1046         throtl_charge_bio(tg, bio);
1047
1048         /*
1049          * If our parent is another tg, we just need to transfer @bio to
1050          * the parent using throtl_add_bio_tg().  If our parent is
1051          * @td->service_queue, @bio is ready to be issued.  Put it on its
1052          * bio_lists[] and decrease total number queued.  The caller is
1053          * responsible for issuing these bios.
1054          */
1055         if (parent_tg) {
1056                 throtl_add_bio_tg(bio, &tg->qnode_on_parent[rw], parent_tg);
1057                 start_parent_slice_with_credit(tg, parent_tg, rw);
1058         } else {
1059                 throtl_qnode_add_bio(bio, &tg->qnode_on_parent[rw],
1060                                      &parent_sq->queued[rw]);
1061                 BUG_ON(tg->td->nr_queued[rw] <= 0);
1062                 tg->td->nr_queued[rw]--;
1063         }
1064
1065         throtl_trim_slice(tg, rw);
1066
1067         if (tg_to_put)
1068                 blkg_put(tg_to_blkg(tg_to_put));
1069 }
1070
1071 static int throtl_dispatch_tg(struct throtl_grp *tg)
1072 {
1073         struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1074         unsigned int nr_reads = 0, nr_writes = 0;
1075         unsigned int max_nr_reads = throtl_grp_quantum*3/4;
1076         unsigned int max_nr_writes = throtl_grp_quantum - max_nr_reads;
1077         struct bio *bio;
1078
1079         /* Try to dispatch 75% READS and 25% WRITES */
1080
1081         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])) &&
1082                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1083
1084                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1085                 nr_reads++;
1086
1087                 if (nr_reads >= max_nr_reads)
1088                         break;
1089         }
1090
1091         while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])) &&
1092                tg_may_dispatch(tg, bio, NULL)) {
1093
1094                 tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1095                 nr_writes++;
1096
1097                 if (nr_writes >= max_nr_writes)
1098                         break;
1099         }
1100
1101         return nr_reads + nr_writes;
1102 }
1103
1104 static int throtl_select_dispatch(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1105 {
1106         unsigned int nr_disp = 0;
1107
1108         while (1) {
1109                 struct throtl_grp *tg = throtl_rb_first(parent_sq);
1110                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1111
1112                 if (!tg)
1113                         break;
1114
1115                 if (time_before(jiffies, tg->disptime))
1116                         break;
1117
1118                 throtl_dequeue_tg(tg);
1119
1120                 nr_disp += throtl_dispatch_tg(tg);
1121
1122                 if (sq->nr_queued[0] || sq->nr_queued[1])
1123                         tg_update_disptime(tg);
1124
1125                 if (nr_disp >= throtl_quantum)
1126                         break;
1127         }
1128
1129         return nr_disp;
1130 }
1131
1132 /**
1133  * throtl_pending_timer_fn - timer function for service_queue->pending_timer
1134  * @arg: the throtl_service_queue being serviced
1135  *
1136  * This timer is armed when a child throtl_grp with active bio's become
1137  * pending and queued on the service_queue's pending_tree and expires when
1138  * the first child throtl_grp should be dispatched.  This function
1139  * dispatches bio's from the children throtl_grps to the parent
1140  * service_queue.
1141  *
1142  * If the parent's parent is another throtl_grp, dispatching is propagated
1143  * by either arming its pending_timer or repeating dispatch directly.  If
1144  * the top-level service_tree is reached, throtl_data->dispatch_work is
1145  * kicked so that the ready bio's are issued.
1146  */
1147 static void throtl_pending_timer_fn(unsigned long arg)
1148 {
1149         struct throtl_service_queue *sq = (void *)arg;
1150         struct throtl_grp *tg = sq_to_tg(sq);
1151         struct throtl_data *td = sq_to_td(sq);
1152         struct request_queue *q = td->queue;
1153         struct throtl_service_queue *parent_sq;
1154         bool dispatched;
1155         int ret;
1156
1157         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1158 again:
1159         parent_sq = sq->parent_sq;
1160         dispatched = false;
1161
1162         while (true) {
1163                 throtl_log(sq, "dispatch nr_queued=%u read=%u write=%u",
1164                            sq->nr_queued[READ] + sq->nr_queued[WRITE],
1165                            sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1166
1167                 ret = throtl_select_dispatch(sq);
1168                 if (ret) {
1169                         throtl_log(sq, "bios disp=%u", ret);
1170                         dispatched = true;
1171                 }
1172
1173                 if (throtl_schedule_next_dispatch(sq, false))
1174                         break;
1175
1176                 /* this dispatch windows is still open, relax and repeat */
1177                 spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1178                 cpu_relax();
1179                 spin_lock_irq(q->queue_lock);
1180         }
1181
1182         if (!dispatched)
1183                 goto out_unlock;
1184
1185         if (parent_sq) {
1186                 /* @parent_sq is another throl_grp, propagate dispatch */
1187                 if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1188                         tg_update_disptime(tg);
1189                         if (!throtl_schedule_next_dispatch(parent_sq, false)) {
1190                                 /* window is already open, repeat dispatching */
1191                                 sq = parent_sq;
1192                                 tg = sq_to_tg(sq);
1193                                 goto again;
1194                         }
1195                 }
1196         } else {
1197                 /* reached the top-level, queue issueing */
1198                 queue_work(kthrotld_workqueue, &td->dispatch_work);
1199         }
1200 out_unlock:
1201         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1202 }
1203
1204 /**
1205  * blk_throtl_dispatch_work_fn - work function for throtl_data->dispatch_work
1206  * @work: work item being executed
1207  *
1208  * This function is queued for execution when bio's reach the bio_lists[]
1209  * of throtl_data->service_queue.  Those bio's are ready and issued by this
1210  * function.
1211  */
1212 static void blk_throtl_dispatch_work_fn(struct work_struct *work)
1213 {
1214         struct throtl_data *td = container_of(work, struct throtl_data,
1215                                               dispatch_work);
1216         struct throtl_service_queue *td_sq = &td->service_queue;
1217         struct request_queue *q = td->queue;
1218         struct bio_list bio_list_on_stack;
1219         struct bio *bio;
1220         struct blk_plug plug;
1221         int rw;
1222
1223         bio_list_init(&bio_list_on_stack);
1224
1225         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1226         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1227                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td_sq->queued[rw], NULL)))
1228                         bio_list_add(&bio_list_on_stack, bio);
1229         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1230
1231         if (!bio_list_empty(&bio_list_on_stack)) {
1232                 blk_start_plug(&plug);
1233                 while((bio = bio_list_pop(&bio_list_on_stack)))
1234                         generic_make_request(bio);
1235                 blk_finish_plug(&plug);
1236         }
1237 }
1238
1239 static u64 tg_prfill_cpu_rwstat(struct seq_file *sf,
1240                                 struct blkg_policy_data *pd, int off)
1241 {
1242         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1243         struct blkg_rwstat rwstat = { }, tmp;
1244         int i, cpu;
1245
1246         for_each_possible_cpu(cpu) {
1247                 struct tg_stats_cpu *sc = per_cpu_ptr(tg->stats_cpu, cpu);
1248
1249                 tmp = blkg_rwstat_read((void *)sc + off);
1250                 for (i = 0; i < BLKG_RWSTAT_NR; i++)
1251                         rwstat.cnt[i] += tmp.cnt[i];
1252         }
1253
1254         return __blkg_prfill_rwstat(sf, pd, &rwstat);
1255 }
1256
1257 static int tg_print_cpu_rwstat(struct seq_file *sf, void *v)
1258 {
1259         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_cpu_rwstat,
1260                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, true);
1261         return 0;
1262 }
1263
1264 static u64 tg_prfill_conf_u64(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1265                               int off)
1266 {
1267         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1268         u64 v = *(u64 *)((void *)tg + off);
1269
1270         if (v == -1)
1271                 return 0;
1272         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1273 }
1274
1275 static u64 tg_prfill_conf_uint(struct seq_file *sf, struct blkg_policy_data *pd,
1276                                int off)
1277 {
1278         struct throtl_grp *tg = pd_to_tg(pd);
1279         unsigned int v = *(unsigned int *)((void *)tg + off);
1280
1281         if (v == -1)
1282                 return 0;
1283         return __blkg_prfill_u64(sf, pd, v);
1284 }
1285
1286 static int tg_print_conf_u64(struct seq_file *sf, void *v)
1287 {
1288         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_u64,
1289                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1290         return 0;
1291 }
1292
1293 static int tg_print_conf_uint(struct seq_file *sf, void *v)
1294 {
1295         blkcg_print_blkgs(sf, css_to_blkcg(seq_css(sf)), tg_prfill_conf_uint,
1296                           &blkcg_policy_throtl, seq_cft(sf)->private, false);
1297         return 0;
1298 }
1299
1300 static ssize_t tg_set_conf(struct kernfs_open_file *of,
1301                            char *buf, size_t nbytes, loff_t off, bool is_u64)
1302 {
1303         struct blkcg *blkcg = css_to_blkcg(of_css(of));
1304         struct blkg_conf_ctx ctx;
1305         struct throtl_grp *tg;
1306         struct throtl_service_queue *sq;
1307         struct blkcg_gq *blkg;
1308         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1309         int ret;
1310
1311         ret = blkg_conf_prep(blkcg, &blkcg_policy_throtl, buf, &ctx);
1312         if (ret)
1313                 return ret;
1314
1315         tg = blkg_to_tg(ctx.blkg);
1316         sq = &tg->service_queue;
1317
1318         if (!ctx.v)
1319                 ctx.v = -1;
1320
1321         if (is_u64)
1322                 *(u64 *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = ctx.v;
1323         else
1324                 *(unsigned int *)((void *)tg + of_cft(of)->private) = ctx.v;
1325
1326         throtl_log(&tg->service_queue,
1327                    "limit change rbps=%llu wbps=%llu riops=%u wiops=%u",
1328                    tg->bps[READ], tg->bps[WRITE],
1329                    tg->iops[READ], tg->iops[WRITE]);
1330
1331         /*
1332          * Update has_rules[] flags for the updated tg's subtree.  A tg is
1333          * considered to have rules if either the tg itself or any of its
1334          * ancestors has rules.  This identifies groups without any
1335          * restrictions in the whole hierarchy and allows them to bypass
1336          * blk-throttle.
1337          */
1338         blkg_for_each_descendant_pre(blkg, pos_css, ctx.blkg)
1339                 tg_update_has_rules(blkg_to_tg(blkg));
1340
1341         /*
1342          * We're already holding queue_lock and know @tg is valid.  Let's
1343          * apply the new config directly.
1344          *
1345          * Restart the slices for both READ and WRITES. It might happen
1346          * that a group's limit are dropped suddenly and we don't want to
1347          * account recently dispatched IO with new low rate.
1348          */
1349         throtl_start_new_slice(tg, 0);
1350         throtl_start_new_slice(tg, 1);
1351
1352         if (tg->flags & THROTL_TG_PENDING) {
1353                 tg_update_disptime(tg);
1354                 throtl_schedule_next_dispatch(sq->parent_sq, true);
1355         }
1356
1357         blkg_conf_finish(&ctx);
1358         return nbytes;
1359 }
1360
1361 static ssize_t tg_set_conf_u64(struct kernfs_open_file *of,
1362                                char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1363 {
1364         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, true);
1365 }
1366
1367 static ssize_t tg_set_conf_uint(struct kernfs_open_file *of,
1368                                 char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
1369 {
1370         return tg_set_conf(of, buf, nbytes, off, false);
1371 }
1372
1373 static struct cftype throtl_files[] = {
1374         {
1375                 .name = "throttle.read_bps_device",
1376                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[READ]),
1377                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1378                 .write = tg_set_conf_u64,
1379         },
1380         {
1381                 .name = "throttle.write_bps_device",
1382                 .private = offsetof(struct throtl_grp, bps[WRITE]),
1383                 .seq_show = tg_print_conf_u64,
1384                 .write = tg_set_conf_u64,
1385         },
1386         {
1387                 .name = "throttle.read_iops_device",
1388                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[READ]),
1389                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1390                 .write = tg_set_conf_uint,
1391         },
1392         {
1393                 .name = "throttle.write_iops_device",
1394                 .private = offsetof(struct throtl_grp, iops[WRITE]),
1395                 .seq_show = tg_print_conf_uint,
1396                 .write = tg_set_conf_uint,
1397         },
1398         {
1399                 .name = "throttle.io_service_bytes",
1400                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, service_bytes),
1401                 .seq_show = tg_print_cpu_rwstat,
1402         },
1403         {
1404                 .name = "throttle.io_serviced",
1405                 .private = offsetof(struct tg_stats_cpu, serviced),
1406                 .seq_show = tg_print_cpu_rwstat,
1407         },
1408         { }     /* terminate */
1409 };
1410
1411 static void throtl_shutdown_wq(struct request_queue *q)
1412 {
1413         struct throtl_data *td = q->td;
1414
1415         cancel_work_sync(&td->dispatch_work);
1416 }
1417
1418 static struct blkcg_policy blkcg_policy_throtl = {
1419         .cftypes                = throtl_files,
1420
1421         .pd_alloc_fn            = throtl_pd_alloc,
1422         .pd_init_fn             = throtl_pd_init,
1423         .pd_online_fn           = throtl_pd_online,
1424         .pd_exit_fn             = throtl_pd_exit,
1425         .pd_free_fn             = throtl_pd_free,
1426         .pd_reset_stats_fn      = throtl_pd_reset_stats,
1427 };
1428
1429 bool blk_throtl_bio(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1430 {
1431         struct throtl_data *td = q->td;
1432         struct throtl_qnode *qn = NULL;
1433         struct throtl_grp *tg;
1434         struct throtl_service_queue *sq;
1435         bool rw = bio_data_dir(bio);
1436         struct blkcg *blkcg;
1437         bool throttled = false;
1438
1439         /* see throtl_charge_bio() */
1440         if (bio->bi_rw & REQ_THROTTLED)
1441                 goto out;
1442
1443         /*
1444          * A throtl_grp pointer retrieved under rcu can be used to access
1445          * basic fields like stats and io rates. If a group has no rules,
1446          * just update the dispatch stats in lockless manner and return.
1447          */
1448         rcu_read_lock();
1449         blkcg = bio_blkcg(bio);
1450         tg = throtl_lookup_tg(td, blkcg);
1451         if (tg) {
1452                 if (!tg->has_rules[rw]) {
1453                         throtl_update_dispatch_stats(tg_to_blkg(tg),
1454                                         bio->bi_iter.bi_size, bio->bi_rw);
1455                         goto out_unlock_rcu;
1456                 }
1457         }
1458
1459         /*
1460          * Either group has not been allocated yet or it is not an unlimited
1461          * IO group
1462          */
1463         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1464         tg = throtl_lookup_create_tg(td, blkcg);
1465         if (unlikely(!tg))
1466                 goto out_unlock;
1467
1468         sq = &tg->service_queue;
1469
1470         while (true) {
1471                 /* throtl is FIFO - if bios are already queued, should queue */
1472                 if (sq->nr_queued[rw])
1473                         break;
1474
1475                 /* if above limits, break to queue */
1476                 if (!tg_may_dispatch(tg, bio, NULL))
1477                         break;
1478
1479                 /* within limits, let's charge and dispatch directly */
1480                 throtl_charge_bio(tg, bio);
1481
1482                 /*
1483                  * We need to trim slice even when bios are not being queued
1484                  * otherwise it might happen that a bio is not queued for
1485                  * a long time and slice keeps on extending and trim is not
1486                  * called for a long time. Now if limits are reduced suddenly
1487                  * we take into account all the IO dispatched so far at new
1488                  * low rate and * newly queued IO gets a really long dispatch
1489                  * time.
1490                  *
1491                  * So keep on trimming slice even if bio is not queued.
1492                  */
1493                 throtl_trim_slice(tg, rw);
1494
1495                 /*
1496                  * @bio passed through this layer without being throttled.
1497                  * Climb up the ladder.  If we''re already at the top, it
1498                  * can be executed directly.
1499                  */
1500                 qn = &tg->qnode_on_parent[rw];
1501                 sq = sq->parent_sq;
1502                 tg = sq_to_tg(sq);
1503                 if (!tg)
1504                         goto out_unlock;
1505         }
1506
1507         /* out-of-limit, queue to @tg */
1508         throtl_log(sq, "[%c] bio. bdisp=%llu sz=%u bps=%llu iodisp=%u iops=%u queued=%d/%d",
1509                    rw == READ ? 'R' : 'W',
1510                    tg->bytes_disp[rw], bio->bi_iter.bi_size, tg->bps[rw],
1511                    tg->io_disp[rw], tg->iops[rw],
1512                    sq->nr_queued[READ], sq->nr_queued[WRITE]);
1513
1514         bio_associate_current(bio);
1515         tg->td->nr_queued[rw]++;
1516         throtl_add_bio_tg(bio, qn, tg);
1517         throttled = true;
1518
1519         /*
1520          * Update @tg's dispatch time and force schedule dispatch if @tg
1521          * was empty before @bio.  The forced scheduling isn't likely to
1522          * cause undue delay as @bio is likely to be dispatched directly if
1523          * its @tg's disptime is not in the future.
1524          */
1525         if (tg->flags & THROTL_TG_WAS_EMPTY) {
1526                 tg_update_disptime(tg);
1527                 throtl_schedule_next_dispatch(tg->service_queue.parent_sq, true);
1528         }
1529
1530 out_unlock:
1531         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1532 out_unlock_rcu:
1533         rcu_read_unlock();
1534 out:
1535         /*
1536          * As multiple blk-throtls may stack in the same issue path, we
1537          * don't want bios to leave with the flag set.  Clear the flag if
1538          * being issued.
1539          */
1540         if (!throttled)
1541                 bio->bi_rw &= ~REQ_THROTTLED;
1542         return throttled;
1543 }
1544
1545 /*
1546  * Dispatch all bios from all children tg's queued on @parent_sq.  On
1547  * return, @parent_sq is guaranteed to not have any active children tg's
1548  * and all bios from previously active tg's are on @parent_sq->bio_lists[].
1549  */
1550 static void tg_drain_bios(struct throtl_service_queue *parent_sq)
1551 {
1552         struct throtl_grp *tg;
1553
1554         while ((tg = throtl_rb_first(parent_sq))) {
1555                 struct throtl_service_queue *sq = &tg->service_queue;
1556                 struct bio *bio;
1557
1558                 throtl_dequeue_tg(tg);
1559
1560                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[READ])))
1561                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1562                 while ((bio = throtl_peek_queued(&sq->queued[WRITE])))
1563                         tg_dispatch_one_bio(tg, bio_data_dir(bio));
1564         }
1565 }
1566
1567 /**
1568  * blk_throtl_drain - drain throttled bios
1569  * @q: request_queue to drain throttled bios for
1570  *
1571  * Dispatch all currently throttled bios on @q through ->make_request_fn().
1572  */
1573 void blk_throtl_drain(struct request_queue *q)
1574         __releases(q->queue_lock) __acquires(q->queue_lock)
1575 {
1576         struct throtl_data *td = q->td;
1577         struct blkcg_gq *blkg;
1578         struct cgroup_subsys_state *pos_css;
1579         struct bio *bio;
1580         int rw;
1581
1582         queue_lockdep_assert_held(q);
1583         rcu_read_lock();
1584
1585         /*
1586          * Drain each tg while doing post-order walk on the blkg tree, so
1587          * that all bios are propagated to td->service_queue.  It'd be
1588          * better to walk service_queue tree directly but blkg walk is
1589          * easier.
1590          */
1591         blkg_for_each_descendant_post(blkg, pos_css, td->queue->root_blkg)
1592                 tg_drain_bios(&blkg_to_tg(blkg)->service_queue);
1593
1594         /* finally, transfer bios from top-level tg's into the td */
1595         tg_drain_bios(&td->service_queue);
1596
1597         rcu_read_unlock();
1598         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
1599
1600         /* all bios now should be in td->service_queue, issue them */
1601         for (rw = READ; rw <= WRITE; rw++)
1602                 while ((bio = throtl_pop_queued(&td->service_queue.queued[rw],
1603                                                 NULL)))
1604                         generic_make_request(bio);
1605
1606         spin_lock_irq(q->queue_lock);
1607 }
1608
1609 int blk_throtl_init(struct request_queue *q)
1610 {
1611         struct throtl_data *td;
1612         int ret;
1613
1614         td = kzalloc_node(sizeof(*td), GFP_KERNEL, q->node);
1615         if (!td)
1616                 return -ENOMEM;
1617
1618         INIT_WORK(&td->dispatch_work, blk_throtl_dispatch_work_fn);
1619         throtl_service_queue_init(&td->service_queue, NULL);
1620
1621         q->td = td;
1622         td->queue = q;
1623
1624         /* activate policy */
1625         ret = blkcg_activate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1626         if (ret)
1627                 kfree(td);
1628         return ret;
1629 }
1630
1631 void blk_throtl_exit(struct request_queue *q)
1632 {
1633         BUG_ON(!q->td);
1634         throtl_shutdown_wq(q);
1635         blkcg_deactivate_policy(q, &blkcg_policy_throtl);
1636         kfree(q->td);
1637 }
1638
1639 static int __init throtl_init(void)
1640 {
1641         kthrotld_workqueue = alloc_workqueue("kthrotld", WQ_MEM_RECLAIM, 0);
1642         if (!kthrotld_workqueue)
1643                 panic("Failed to create kthrotld\n");
1644
1645         return blkcg_policy_register(&blkcg_policy_throtl);
1646 }
1647
1648 module_init(throtl_init);