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