xref: /openbmc/linux/block/blk-wbt.c (revision d8a0cbfd)
1e34cbd30SJens Axboe /*
2e34cbd30SJens Axboe  * buffered writeback throttling. loosely based on CoDel. We can't drop
3e34cbd30SJens Axboe  * packets for IO scheduling, so the logic is something like this:
4e34cbd30SJens Axboe  *
5e34cbd30SJens Axboe  * - Monitor latencies in a defined window of time.
6e34cbd30SJens Axboe  * - If the minimum latency in the above window exceeds some target, increment
7e34cbd30SJens Axboe  *   scaling step and scale down queue depth by a factor of 2x. The monitoring
8e34cbd30SJens Axboe  *   window is then shrunk to 100 / sqrt(scaling step + 1).
9e34cbd30SJens Axboe  * - For any window where we don't have solid data on what the latencies
10e34cbd30SJens Axboe  *   look like, retain status quo.
11e34cbd30SJens Axboe  * - If latencies look good, decrement scaling step.
12e34cbd30SJens Axboe  * - If we're only doing writes, allow the scaling step to go negative. This
13e34cbd30SJens Axboe  *   will temporarily boost write performance, snapping back to a stable
14e34cbd30SJens Axboe  *   scaling step of 0 if reads show up or the heavy writers finish. Unlike
15e34cbd30SJens Axboe  *   positive scaling steps where we shrink the monitoring window, a negative
16e34cbd30SJens Axboe  *   scaling step retains the default step==0 window size.
17e34cbd30SJens Axboe  *
18e34cbd30SJens Axboe  * Copyright (C) 2016 Jens Axboe
19e34cbd30SJens Axboe  *
20e34cbd30SJens Axboe  */
21e34cbd30SJens Axboe #include <linux/kernel.h>
22e34cbd30SJens Axboe #include <linux/blk_types.h>
23e34cbd30SJens Axboe #include <linux/slab.h>
24e34cbd30SJens Axboe #include <linux/backing-dev.h>
25e34cbd30SJens Axboe #include <linux/swap.h>
26e34cbd30SJens Axboe 
27e34cbd30SJens Axboe #include "blk-wbt.h"
28e34cbd30SJens Axboe 
29e34cbd30SJens Axboe #define CREATE_TRACE_POINTS
30e34cbd30SJens Axboe #include <trace/events/wbt.h>
31e34cbd30SJens Axboe 
32e34cbd30SJens Axboe enum {
33e34cbd30SJens Axboe 	/*
34e34cbd30SJens Axboe 	 * Default setting, we'll scale up (to 75% of QD max) or down (min 1)
35e34cbd30SJens Axboe 	 * from here depending on device stats
36e34cbd30SJens Axboe 	 */
37e34cbd30SJens Axboe 	RWB_DEF_DEPTH	= 16,
38e34cbd30SJens Axboe 
39e34cbd30SJens Axboe 	/*
40e34cbd30SJens Axboe 	 * 100msec window
41e34cbd30SJens Axboe 	 */
42e34cbd30SJens Axboe 	RWB_WINDOW_NSEC		= 100 * 1000 * 1000ULL,
43e34cbd30SJens Axboe 
44e34cbd30SJens Axboe 	/*
45e34cbd30SJens Axboe 	 * Disregard stats, if we don't meet this minimum
46e34cbd30SJens Axboe 	 */
47e34cbd30SJens Axboe 	RWB_MIN_WRITE_SAMPLES	= 3,
48e34cbd30SJens Axboe 
49e34cbd30SJens Axboe 	/*
50e34cbd30SJens Axboe 	 * If we have this number of consecutive windows with not enough
51e34cbd30SJens Axboe 	 * information to scale up or down, scale up.
52e34cbd30SJens Axboe 	 */
53e34cbd30SJens Axboe 	RWB_UNKNOWN_BUMP	= 5,
54e34cbd30SJens Axboe };
55e34cbd30SJens Axboe 
56e34cbd30SJens Axboe static inline bool rwb_enabled(struct rq_wb *rwb)
57e34cbd30SJens Axboe {
58e34cbd30SJens Axboe 	return rwb && rwb->wb_normal != 0;
59e34cbd30SJens Axboe }
60e34cbd30SJens Axboe 
61e34cbd30SJens Axboe /*
62e34cbd30SJens Axboe  * Increment 'v', if 'v' is below 'below'. Returns true if we succeeded,
63e34cbd30SJens Axboe  * false if 'v' + 1 would be bigger than 'below'.
64e34cbd30SJens Axboe  */
65e34cbd30SJens Axboe static bool atomic_inc_below(atomic_t *v, int below)
66e34cbd30SJens Axboe {
67e34cbd30SJens Axboe 	int cur = atomic_read(v);
68e34cbd30SJens Axboe 
69e34cbd30SJens Axboe 	for (;;) {
70e34cbd30SJens Axboe 		int old;
71e34cbd30SJens Axboe 
72e34cbd30SJens Axboe 		if (cur >= below)
73e34cbd30SJens Axboe 			return false;
74e34cbd30SJens Axboe 		old = atomic_cmpxchg(v, cur, cur + 1);
75e34cbd30SJens Axboe 		if (old == cur)
76e34cbd30SJens Axboe 			break;
77e34cbd30SJens Axboe 		cur = old;
78e34cbd30SJens Axboe 	}
79e34cbd30SJens Axboe 
80e34cbd30SJens Axboe 	return true;
81e34cbd30SJens Axboe }
82e34cbd30SJens Axboe 
83e34cbd30SJens Axboe static void wb_timestamp(struct rq_wb *rwb, unsigned long *var)
84e34cbd30SJens Axboe {
85e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb_enabled(rwb)) {
86e34cbd30SJens Axboe 		const unsigned long cur = jiffies;
87e34cbd30SJens Axboe 
88e34cbd30SJens Axboe 		if (cur != *var)
89e34cbd30SJens Axboe 			*var = cur;
90e34cbd30SJens Axboe 	}
91e34cbd30SJens Axboe }
92e34cbd30SJens Axboe 
93e34cbd30SJens Axboe /*
94e34cbd30SJens Axboe  * If a task was rate throttled in balance_dirty_pages() within the last
95e34cbd30SJens Axboe  * second or so, use that to indicate a higher cleaning rate.
96e34cbd30SJens Axboe  */
97e34cbd30SJens Axboe static bool wb_recent_wait(struct rq_wb *rwb)
98e34cbd30SJens Axboe {
99d8a0cbfdSJens Axboe 	struct bdi_writeback *wb = &rwb->queue->backing_dev_info.wb;
100e34cbd30SJens Axboe 
101e34cbd30SJens Axboe 	return time_before(jiffies, wb->dirty_sleep + HZ);
102e34cbd30SJens Axboe }
103e34cbd30SJens Axboe 
104e34cbd30SJens Axboe static inline struct rq_wait *get_rq_wait(struct rq_wb *rwb, bool is_kswapd)
105e34cbd30SJens Axboe {
106e34cbd30SJens Axboe 	return &rwb->rq_wait[is_kswapd];
107e34cbd30SJens Axboe }
108e34cbd30SJens Axboe 
109e34cbd30SJens Axboe static void rwb_wake_all(struct rq_wb *rwb)
110e34cbd30SJens Axboe {
111e34cbd30SJens Axboe 	int i;
112e34cbd30SJens Axboe 
113e34cbd30SJens Axboe 	for (i = 0; i < WBT_NUM_RWQ; i++) {
114e34cbd30SJens Axboe 		struct rq_wait *rqw = &rwb->rq_wait[i];
115e34cbd30SJens Axboe 
116e34cbd30SJens Axboe 		if (waitqueue_active(&rqw->wait))
117e34cbd30SJens Axboe 			wake_up_all(&rqw->wait);
118e34cbd30SJens Axboe 	}
119e34cbd30SJens Axboe }
120e34cbd30SJens Axboe 
121e34cbd30SJens Axboe void __wbt_done(struct rq_wb *rwb, enum wbt_flags wb_acct)
122e34cbd30SJens Axboe {
123e34cbd30SJens Axboe 	struct rq_wait *rqw;
124e34cbd30SJens Axboe 	int inflight, limit;
125e34cbd30SJens Axboe 
126e34cbd30SJens Axboe 	if (!(wb_acct & WBT_TRACKED))
127e34cbd30SJens Axboe 		return;
128e34cbd30SJens Axboe 
129e34cbd30SJens Axboe 	rqw = get_rq_wait(rwb, wb_acct & WBT_KSWAPD);
130e34cbd30SJens Axboe 	inflight = atomic_dec_return(&rqw->inflight);
131e34cbd30SJens Axboe 
132e34cbd30SJens Axboe 	/*
133e34cbd30SJens Axboe 	 * wbt got disabled with IO in flight. Wake up any potential
134e34cbd30SJens Axboe 	 * waiters, we don't have to do more than that.
135e34cbd30SJens Axboe 	 */
136e34cbd30SJens Axboe 	if (unlikely(!rwb_enabled(rwb))) {
137e34cbd30SJens Axboe 		rwb_wake_all(rwb);
138e34cbd30SJens Axboe 		return;
139e34cbd30SJens Axboe 	}
140e34cbd30SJens Axboe 
141e34cbd30SJens Axboe 	/*
142e34cbd30SJens Axboe 	 * If the device does write back caching, drop further down
143e34cbd30SJens Axboe 	 * before we wake people up.
144e34cbd30SJens Axboe 	 */
145e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->wc && !wb_recent_wait(rwb))
146e34cbd30SJens Axboe 		limit = 0;
147e34cbd30SJens Axboe 	else
148e34cbd30SJens Axboe 		limit = rwb->wb_normal;
149e34cbd30SJens Axboe 
150e34cbd30SJens Axboe 	/*
151e34cbd30SJens Axboe 	 * Don't wake anyone up if we are above the normal limit.
152e34cbd30SJens Axboe 	 */
153e34cbd30SJens Axboe 	if (inflight && inflight >= limit)
154e34cbd30SJens Axboe 		return;
155e34cbd30SJens Axboe 
156e34cbd30SJens Axboe 	if (waitqueue_active(&rqw->wait)) {
157e34cbd30SJens Axboe 		int diff = limit - inflight;
158e34cbd30SJens Axboe 
159e34cbd30SJens Axboe 		if (!inflight || diff >= rwb->wb_background / 2)
160e34cbd30SJens Axboe 			wake_up_all(&rqw->wait);
161e34cbd30SJens Axboe 	}
162e34cbd30SJens Axboe }
163e34cbd30SJens Axboe 
164e34cbd30SJens Axboe /*
165e34cbd30SJens Axboe  * Called on completion of a request. Note that it's also called when
166e34cbd30SJens Axboe  * a request is merged, when the request gets freed.
167e34cbd30SJens Axboe  */
168e34cbd30SJens Axboe void wbt_done(struct rq_wb *rwb, struct blk_issue_stat *stat)
169e34cbd30SJens Axboe {
170e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb)
171e34cbd30SJens Axboe 		return;
172e34cbd30SJens Axboe 
173e34cbd30SJens Axboe 	if (!wbt_is_tracked(stat)) {
174e34cbd30SJens Axboe 		if (rwb->sync_cookie == stat) {
175e34cbd30SJens Axboe 			rwb->sync_issue = 0;
176e34cbd30SJens Axboe 			rwb->sync_cookie = NULL;
177e34cbd30SJens Axboe 		}
178e34cbd30SJens Axboe 
179e34cbd30SJens Axboe 		if (wbt_is_read(stat))
180e34cbd30SJens Axboe 			wb_timestamp(rwb, &rwb->last_comp);
181e34cbd30SJens Axboe 		wbt_clear_state(stat);
182e34cbd30SJens Axboe 	} else {
183e34cbd30SJens Axboe 		WARN_ON_ONCE(stat == rwb->sync_cookie);
184e34cbd30SJens Axboe 		__wbt_done(rwb, wbt_stat_to_mask(stat));
185e34cbd30SJens Axboe 		wbt_clear_state(stat);
186e34cbd30SJens Axboe 	}
187e34cbd30SJens Axboe }
188e34cbd30SJens Axboe 
189e34cbd30SJens Axboe /*
190e34cbd30SJens Axboe  * Return true, if we can't increase the depth further by scaling
191e34cbd30SJens Axboe  */
192e34cbd30SJens Axboe static bool calc_wb_limits(struct rq_wb *rwb)
193e34cbd30SJens Axboe {
194e34cbd30SJens Axboe 	unsigned int depth;
195e34cbd30SJens Axboe 	bool ret = false;
196e34cbd30SJens Axboe 
197e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb->min_lat_nsec) {
198e34cbd30SJens Axboe 		rwb->wb_max = rwb->wb_normal = rwb->wb_background = 0;
199e34cbd30SJens Axboe 		return false;
200e34cbd30SJens Axboe 	}
201e34cbd30SJens Axboe 
202e34cbd30SJens Axboe 	/*
203e34cbd30SJens Axboe 	 * For QD=1 devices, this is a special case. It's important for those
204e34cbd30SJens Axboe 	 * to have one request ready when one completes, so force a depth of
205e34cbd30SJens Axboe 	 * 2 for those devices. On the backend, it'll be a depth of 1 anyway,
206e34cbd30SJens Axboe 	 * since the device can't have more than that in flight. If we're
207e34cbd30SJens Axboe 	 * scaling down, then keep a setting of 1/1/1.
208e34cbd30SJens Axboe 	 */
209e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->queue_depth == 1) {
210e34cbd30SJens Axboe 		if (rwb->scale_step > 0)
211e34cbd30SJens Axboe 			rwb->wb_max = rwb->wb_normal = 1;
212e34cbd30SJens Axboe 		else {
213e34cbd30SJens Axboe 			rwb->wb_max = rwb->wb_normal = 2;
214e34cbd30SJens Axboe 			ret = true;
215e34cbd30SJens Axboe 		}
216e34cbd30SJens Axboe 		rwb->wb_background = 1;
217e34cbd30SJens Axboe 	} else {
218e34cbd30SJens Axboe 		/*
219e34cbd30SJens Axboe 		 * scale_step == 0 is our default state. If we have suffered
220e34cbd30SJens Axboe 		 * latency spikes, step will be > 0, and we shrink the
221e34cbd30SJens Axboe 		 * allowed write depths. If step is < 0, we're only doing
222e34cbd30SJens Axboe 		 * writes, and we allow a temporarily higher depth to
223e34cbd30SJens Axboe 		 * increase performance.
224e34cbd30SJens Axboe 		 */
225e34cbd30SJens Axboe 		depth = min_t(unsigned int, RWB_DEF_DEPTH, rwb->queue_depth);
226e34cbd30SJens Axboe 		if (rwb->scale_step > 0)
227e34cbd30SJens Axboe 			depth = 1 + ((depth - 1) >> min(31, rwb->scale_step));
228e34cbd30SJens Axboe 		else if (rwb->scale_step < 0) {
229e34cbd30SJens Axboe 			unsigned int maxd = 3 * rwb->queue_depth / 4;
230e34cbd30SJens Axboe 
231e34cbd30SJens Axboe 			depth = 1 + ((depth - 1) << -rwb->scale_step);
232e34cbd30SJens Axboe 			if (depth > maxd) {
233e34cbd30SJens Axboe 				depth = maxd;
234e34cbd30SJens Axboe 				ret = true;
235e34cbd30SJens Axboe 			}
236e34cbd30SJens Axboe 		}
237e34cbd30SJens Axboe 
238e34cbd30SJens Axboe 		/*
239e34cbd30SJens Axboe 		 * Set our max/normal/bg queue depths based on how far
240e34cbd30SJens Axboe 		 * we have scaled down (->scale_step).
241e34cbd30SJens Axboe 		 */
242e34cbd30SJens Axboe 		rwb->wb_max = depth;
243e34cbd30SJens Axboe 		rwb->wb_normal = (rwb->wb_max + 1) / 2;
244e34cbd30SJens Axboe 		rwb->wb_background = (rwb->wb_max + 3) / 4;
245e34cbd30SJens Axboe 	}
246e34cbd30SJens Axboe 
247e34cbd30SJens Axboe 	return ret;
248e34cbd30SJens Axboe }
249e34cbd30SJens Axboe 
250e34cbd30SJens Axboe static bool inline stat_sample_valid(struct blk_rq_stat *stat)
251e34cbd30SJens Axboe {
252e34cbd30SJens Axboe 	/*
253e34cbd30SJens Axboe 	 * We need at least one read sample, and a minimum of
254e34cbd30SJens Axboe 	 * RWB_MIN_WRITE_SAMPLES. We require some write samples to know
255e34cbd30SJens Axboe 	 * that it's writes impacting us, and not just some sole read on
256e34cbd30SJens Axboe 	 * a device that is in a lower power state.
257e34cbd30SJens Axboe 	 */
258e34cbd30SJens Axboe 	return stat[0].nr_samples >= 1 &&
259e34cbd30SJens Axboe 		stat[1].nr_samples >= RWB_MIN_WRITE_SAMPLES;
260e34cbd30SJens Axboe }
261e34cbd30SJens Axboe 
262e34cbd30SJens Axboe static u64 rwb_sync_issue_lat(struct rq_wb *rwb)
263e34cbd30SJens Axboe {
264e34cbd30SJens Axboe 	u64 now, issue = ACCESS_ONCE(rwb->sync_issue);
265e34cbd30SJens Axboe 
266e34cbd30SJens Axboe 	if (!issue || !rwb->sync_cookie)
267e34cbd30SJens Axboe 		return 0;
268e34cbd30SJens Axboe 
269e34cbd30SJens Axboe 	now = ktime_to_ns(ktime_get());
270e34cbd30SJens Axboe 	return now - issue;
271e34cbd30SJens Axboe }
272e34cbd30SJens Axboe 
273e34cbd30SJens Axboe enum {
274e34cbd30SJens Axboe 	LAT_OK = 1,
275e34cbd30SJens Axboe 	LAT_UNKNOWN,
276e34cbd30SJens Axboe 	LAT_UNKNOWN_WRITES,
277e34cbd30SJens Axboe 	LAT_EXCEEDED,
278e34cbd30SJens Axboe };
279e34cbd30SJens Axboe 
280e34cbd30SJens Axboe static int __latency_exceeded(struct rq_wb *rwb, struct blk_rq_stat *stat)
281e34cbd30SJens Axboe {
282d8a0cbfdSJens Axboe 	struct backing_dev_info *bdi = &rwb->queue->backing_dev_info;
283e34cbd30SJens Axboe 	u64 thislat;
284e34cbd30SJens Axboe 
285e34cbd30SJens Axboe 	/*
286e34cbd30SJens Axboe 	 * If our stored sync issue exceeds the window size, or it
287e34cbd30SJens Axboe 	 * exceeds our min target AND we haven't logged any entries,
288e34cbd30SJens Axboe 	 * flag the latency as exceeded. wbt works off completion latencies,
289e34cbd30SJens Axboe 	 * but for a flooded device, a single sync IO can take a long time
290e34cbd30SJens Axboe 	 * to complete after being issued. If this time exceeds our
291e34cbd30SJens Axboe 	 * monitoring window AND we didn't see any other completions in that
292e34cbd30SJens Axboe 	 * window, then count that sync IO as a violation of the latency.
293e34cbd30SJens Axboe 	 */
294e34cbd30SJens Axboe 	thislat = rwb_sync_issue_lat(rwb);
295e34cbd30SJens Axboe 	if (thislat > rwb->cur_win_nsec ||
296e34cbd30SJens Axboe 	    (thislat > rwb->min_lat_nsec && !stat[0].nr_samples)) {
297d8a0cbfdSJens Axboe 		trace_wbt_lat(bdi, thislat);
298e34cbd30SJens Axboe 		return LAT_EXCEEDED;
299e34cbd30SJens Axboe 	}
300e34cbd30SJens Axboe 
301e34cbd30SJens Axboe 	/*
302e34cbd30SJens Axboe 	 * No read/write mix, if stat isn't valid
303e34cbd30SJens Axboe 	 */
304e34cbd30SJens Axboe 	if (!stat_sample_valid(stat)) {
305e34cbd30SJens Axboe 		/*
306e34cbd30SJens Axboe 		 * If we had writes in this stat window and the window is
307e34cbd30SJens Axboe 		 * current, we're only doing writes. If a task recently
308e34cbd30SJens Axboe 		 * waited or still has writes in flights, consider us doing
309e34cbd30SJens Axboe 		 * just writes as well.
310e34cbd30SJens Axboe 		 */
311e34cbd30SJens Axboe 		if ((stat[1].nr_samples && rwb->stat_ops->is_current(stat)) ||
312e34cbd30SJens Axboe 		    wb_recent_wait(rwb) || wbt_inflight(rwb))
313e34cbd30SJens Axboe 			return LAT_UNKNOWN_WRITES;
314e34cbd30SJens Axboe 		return LAT_UNKNOWN;
315e34cbd30SJens Axboe 	}
316e34cbd30SJens Axboe 
317e34cbd30SJens Axboe 	/*
318e34cbd30SJens Axboe 	 * If the 'min' latency exceeds our target, step down.
319e34cbd30SJens Axboe 	 */
320e34cbd30SJens Axboe 	if (stat[0].min > rwb->min_lat_nsec) {
321d8a0cbfdSJens Axboe 		trace_wbt_lat(bdi, stat[0].min);
322d8a0cbfdSJens Axboe 		trace_wbt_stat(bdi, stat);
323e34cbd30SJens Axboe 		return LAT_EXCEEDED;
324e34cbd30SJens Axboe 	}
325e34cbd30SJens Axboe 
326e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->scale_step)
327d8a0cbfdSJens Axboe 		trace_wbt_stat(bdi, stat);
328e34cbd30SJens Axboe 
329e34cbd30SJens Axboe 	return LAT_OK;
330e34cbd30SJens Axboe }
331e34cbd30SJens Axboe 
332e34cbd30SJens Axboe static int latency_exceeded(struct rq_wb *rwb)
333e34cbd30SJens Axboe {
334e34cbd30SJens Axboe 	struct blk_rq_stat stat[2];
335e34cbd30SJens Axboe 
336e34cbd30SJens Axboe 	rwb->stat_ops->get(rwb->ops_data, stat);
337e34cbd30SJens Axboe 	return __latency_exceeded(rwb, stat);
338e34cbd30SJens Axboe }
339e34cbd30SJens Axboe 
340e34cbd30SJens Axboe static void rwb_trace_step(struct rq_wb *rwb, const char *msg)
341e34cbd30SJens Axboe {
342d8a0cbfdSJens Axboe 	struct backing_dev_info *bdi = &rwb->queue->backing_dev_info;
343d8a0cbfdSJens Axboe 
344d8a0cbfdSJens Axboe 	trace_wbt_step(bdi, msg, rwb->scale_step, rwb->cur_win_nsec,
345e34cbd30SJens Axboe 			rwb->wb_background, rwb->wb_normal, rwb->wb_max);
346e34cbd30SJens Axboe }
347e34cbd30SJens Axboe 
348e34cbd30SJens Axboe static void scale_up(struct rq_wb *rwb)
349e34cbd30SJens Axboe {
350e34cbd30SJens Axboe 	/*
351e34cbd30SJens Axboe 	 * Hit max in previous round, stop here
352e34cbd30SJens Axboe 	 */
353e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->scaled_max)
354e34cbd30SJens Axboe 		return;
355e34cbd30SJens Axboe 
356e34cbd30SJens Axboe 	rwb->scale_step--;
357e34cbd30SJens Axboe 	rwb->unknown_cnt = 0;
358e34cbd30SJens Axboe 	rwb->stat_ops->clear(rwb->ops_data);
359e34cbd30SJens Axboe 
360e34cbd30SJens Axboe 	rwb->scaled_max = calc_wb_limits(rwb);
361e34cbd30SJens Axboe 
362e34cbd30SJens Axboe 	rwb_wake_all(rwb);
363e34cbd30SJens Axboe 
364e34cbd30SJens Axboe 	rwb_trace_step(rwb, "step up");
365e34cbd30SJens Axboe }
366e34cbd30SJens Axboe 
367e34cbd30SJens Axboe /*
368e34cbd30SJens Axboe  * Scale rwb down. If 'hard_throttle' is set, do it quicker, since we
369e34cbd30SJens Axboe  * had a latency violation.
370e34cbd30SJens Axboe  */
371e34cbd30SJens Axboe static void scale_down(struct rq_wb *rwb, bool hard_throttle)
372e34cbd30SJens Axboe {
373e34cbd30SJens Axboe 	/*
374e34cbd30SJens Axboe 	 * Stop scaling down when we've hit the limit. This also prevents
375e34cbd30SJens Axboe 	 * ->scale_step from going to crazy values, if the device can't
376e34cbd30SJens Axboe 	 * keep up.
377e34cbd30SJens Axboe 	 */
378e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->wb_max == 1)
379e34cbd30SJens Axboe 		return;
380e34cbd30SJens Axboe 
381e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->scale_step < 0 && hard_throttle)
382e34cbd30SJens Axboe 		rwb->scale_step = 0;
383e34cbd30SJens Axboe 	else
384e34cbd30SJens Axboe 		rwb->scale_step++;
385e34cbd30SJens Axboe 
386e34cbd30SJens Axboe 	rwb->scaled_max = false;
387e34cbd30SJens Axboe 	rwb->unknown_cnt = 0;
388e34cbd30SJens Axboe 	rwb->stat_ops->clear(rwb->ops_data);
389e34cbd30SJens Axboe 	calc_wb_limits(rwb);
390e34cbd30SJens Axboe 	rwb_trace_step(rwb, "step down");
391e34cbd30SJens Axboe }
392e34cbd30SJens Axboe 
393e34cbd30SJens Axboe static void rwb_arm_timer(struct rq_wb *rwb)
394e34cbd30SJens Axboe {
395e34cbd30SJens Axboe 	unsigned long expires;
396e34cbd30SJens Axboe 
397e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->scale_step > 0) {
398e34cbd30SJens Axboe 		/*
399e34cbd30SJens Axboe 		 * We should speed this up, using some variant of a fast
400e34cbd30SJens Axboe 		 * integer inverse square root calculation. Since we only do
401e34cbd30SJens Axboe 		 * this for every window expiration, it's not a huge deal,
402e34cbd30SJens Axboe 		 * though.
403e34cbd30SJens Axboe 		 */
404e34cbd30SJens Axboe 		rwb->cur_win_nsec = div_u64(rwb->win_nsec << 4,
405e34cbd30SJens Axboe 					int_sqrt((rwb->scale_step + 1) << 8));
406e34cbd30SJens Axboe 	} else {
407e34cbd30SJens Axboe 		/*
408e34cbd30SJens Axboe 		 * For step < 0, we don't want to increase/decrease the
409e34cbd30SJens Axboe 		 * window size.
410e34cbd30SJens Axboe 		 */
411e34cbd30SJens Axboe 		rwb->cur_win_nsec = rwb->win_nsec;
412e34cbd30SJens Axboe 	}
413e34cbd30SJens Axboe 
414e34cbd30SJens Axboe 	expires = jiffies + nsecs_to_jiffies(rwb->cur_win_nsec);
415e34cbd30SJens Axboe 	mod_timer(&rwb->window_timer, expires);
416e34cbd30SJens Axboe }
417e34cbd30SJens Axboe 
418e34cbd30SJens Axboe static void wb_timer_fn(unsigned long data)
419e34cbd30SJens Axboe {
420e34cbd30SJens Axboe 	struct rq_wb *rwb = (struct rq_wb *) data;
421e34cbd30SJens Axboe 	unsigned int inflight = wbt_inflight(rwb);
422e34cbd30SJens Axboe 	int status;
423e34cbd30SJens Axboe 
424e34cbd30SJens Axboe 	status = latency_exceeded(rwb);
425e34cbd30SJens Axboe 
426d8a0cbfdSJens Axboe 	trace_wbt_timer(&rwb->queue->backing_dev_info, status, rwb->scale_step,
427d8a0cbfdSJens Axboe 			inflight);
428e34cbd30SJens Axboe 
429e34cbd30SJens Axboe 	/*
430e34cbd30SJens Axboe 	 * If we exceeded the latency target, step down. If we did not,
431e34cbd30SJens Axboe 	 * step one level up. If we don't know enough to say either exceeded
432e34cbd30SJens Axboe 	 * or ok, then don't do anything.
433e34cbd30SJens Axboe 	 */
434e34cbd30SJens Axboe 	switch (status) {
435e34cbd30SJens Axboe 	case LAT_EXCEEDED:
436e34cbd30SJens Axboe 		scale_down(rwb, true);
437e34cbd30SJens Axboe 		break;
438e34cbd30SJens Axboe 	case LAT_OK:
439e34cbd30SJens Axboe 		scale_up(rwb);
440e34cbd30SJens Axboe 		break;
441e34cbd30SJens Axboe 	case LAT_UNKNOWN_WRITES:
442e34cbd30SJens Axboe 		/*
443e34cbd30SJens Axboe 		 * We started a the center step, but don't have a valid
444e34cbd30SJens Axboe 		 * read/write sample, but we do have writes going on.
445e34cbd30SJens Axboe 		 * Allow step to go negative, to increase write perf.
446e34cbd30SJens Axboe 		 */
447e34cbd30SJens Axboe 		scale_up(rwb);
448e34cbd30SJens Axboe 		break;
449e34cbd30SJens Axboe 	case LAT_UNKNOWN:
450e34cbd30SJens Axboe 		if (++rwb->unknown_cnt < RWB_UNKNOWN_BUMP)
451e34cbd30SJens Axboe 			break;
452e34cbd30SJens Axboe 		/*
453e34cbd30SJens Axboe 		 * We get here when previously scaled reduced depth, and we
454e34cbd30SJens Axboe 		 * currently don't have a valid read/write sample. For that
455e34cbd30SJens Axboe 		 * case, slowly return to center state (step == 0).
456e34cbd30SJens Axboe 		 */
457e34cbd30SJens Axboe 		if (rwb->scale_step > 0)
458e34cbd30SJens Axboe 			scale_up(rwb);
459e34cbd30SJens Axboe 		else if (rwb->scale_step < 0)
460e34cbd30SJens Axboe 			scale_down(rwb, false);
461e34cbd30SJens Axboe 		break;
462e34cbd30SJens Axboe 	default:
463e34cbd30SJens Axboe 		break;
464e34cbd30SJens Axboe 	}
465e34cbd30SJens Axboe 
466e34cbd30SJens Axboe 	/*
467e34cbd30SJens Axboe 	 * Re-arm timer, if we have IO in flight
468e34cbd30SJens Axboe 	 */
469e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb->scale_step || inflight)
470e34cbd30SJens Axboe 		rwb_arm_timer(rwb);
471e34cbd30SJens Axboe }
472e34cbd30SJens Axboe 
473e34cbd30SJens Axboe void wbt_update_limits(struct rq_wb *rwb)
474e34cbd30SJens Axboe {
475e34cbd30SJens Axboe 	rwb->scale_step = 0;
476e34cbd30SJens Axboe 	rwb->scaled_max = false;
477e34cbd30SJens Axboe 	calc_wb_limits(rwb);
478e34cbd30SJens Axboe 
479e34cbd30SJens Axboe 	rwb_wake_all(rwb);
480e34cbd30SJens Axboe }
481e34cbd30SJens Axboe 
482e34cbd30SJens Axboe static bool close_io(struct rq_wb *rwb)
483e34cbd30SJens Axboe {
484e34cbd30SJens Axboe 	const unsigned long now = jiffies;
485e34cbd30SJens Axboe 
486e34cbd30SJens Axboe 	return time_before(now, rwb->last_issue + HZ / 10) ||
487e34cbd30SJens Axboe 		time_before(now, rwb->last_comp + HZ / 10);
488e34cbd30SJens Axboe }
489e34cbd30SJens Axboe 
490e34cbd30SJens Axboe #define REQ_HIPRIO	(REQ_SYNC | REQ_META | REQ_PRIO)
491e34cbd30SJens Axboe 
492e34cbd30SJens Axboe static inline unsigned int get_limit(struct rq_wb *rwb, unsigned long rw)
493e34cbd30SJens Axboe {
494e34cbd30SJens Axboe 	unsigned int limit;
495e34cbd30SJens Axboe 
496e34cbd30SJens Axboe 	/*
497e34cbd30SJens Axboe 	 * At this point we know it's a buffered write. If this is
498e34cbd30SJens Axboe 	 * kswapd trying to free memory, or REQ_SYNC is set, set, then
499e34cbd30SJens Axboe 	 * it's WB_SYNC_ALL writeback, and we'll use the max limit for
500e34cbd30SJens Axboe 	 * that. If the write is marked as a background write, then use
501e34cbd30SJens Axboe 	 * the idle limit, or go to normal if we haven't had competing
502e34cbd30SJens Axboe 	 * IO for a bit.
503e34cbd30SJens Axboe 	 */
504e34cbd30SJens Axboe 	if ((rw & REQ_HIPRIO) || wb_recent_wait(rwb) || current_is_kswapd())
505e34cbd30SJens Axboe 		limit = rwb->wb_max;
506e34cbd30SJens Axboe 	else if ((rw & REQ_BACKGROUND) || close_io(rwb)) {
507e34cbd30SJens Axboe 		/*
508e34cbd30SJens Axboe 		 * If less than 100ms since we completed unrelated IO,
509e34cbd30SJens Axboe 		 * limit us to half the depth for background writeback.
510e34cbd30SJens Axboe 		 */
511e34cbd30SJens Axboe 		limit = rwb->wb_background;
512e34cbd30SJens Axboe 	} else
513e34cbd30SJens Axboe 		limit = rwb->wb_normal;
514e34cbd30SJens Axboe 
515e34cbd30SJens Axboe 	return limit;
516e34cbd30SJens Axboe }
517e34cbd30SJens Axboe 
518e34cbd30SJens Axboe static inline bool may_queue(struct rq_wb *rwb, struct rq_wait *rqw,
519e34cbd30SJens Axboe 			     wait_queue_t *wait, unsigned long rw)
520e34cbd30SJens Axboe {
521e34cbd30SJens Axboe 	/*
522e34cbd30SJens Axboe 	 * inc it here even if disabled, since we'll dec it at completion.
523e34cbd30SJens Axboe 	 * this only happens if the task was sleeping in __wbt_wait(),
524e34cbd30SJens Axboe 	 * and someone turned it off at the same time.
525e34cbd30SJens Axboe 	 */
526e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb_enabled(rwb)) {
527e34cbd30SJens Axboe 		atomic_inc(&rqw->inflight);
528e34cbd30SJens Axboe 		return true;
529e34cbd30SJens Axboe 	}
530e34cbd30SJens Axboe 
531e34cbd30SJens Axboe 	/*
532e34cbd30SJens Axboe 	 * If the waitqueue is already active and we are not the next
533e34cbd30SJens Axboe 	 * in line to be woken up, wait for our turn.
534e34cbd30SJens Axboe 	 */
535e34cbd30SJens Axboe 	if (waitqueue_active(&rqw->wait) &&
536e34cbd30SJens Axboe 	    rqw->wait.task_list.next != &wait->task_list)
537e34cbd30SJens Axboe 		return false;
538e34cbd30SJens Axboe 
539e34cbd30SJens Axboe 	return atomic_inc_below(&rqw->inflight, get_limit(rwb, rw));
540e34cbd30SJens Axboe }
541e34cbd30SJens Axboe 
542e34cbd30SJens Axboe /*
543e34cbd30SJens Axboe  * Block if we will exceed our limit, or if we are currently waiting for
544e34cbd30SJens Axboe  * the timer to kick off queuing again.
545e34cbd30SJens Axboe  */
546e34cbd30SJens Axboe static void __wbt_wait(struct rq_wb *rwb, unsigned long rw, spinlock_t *lock)
547e34cbd30SJens Axboe {
548e34cbd30SJens Axboe 	struct rq_wait *rqw = get_rq_wait(rwb, current_is_kswapd());
549e34cbd30SJens Axboe 	DEFINE_WAIT(wait);
550e34cbd30SJens Axboe 
551e34cbd30SJens Axboe 	if (may_queue(rwb, rqw, &wait, rw))
552e34cbd30SJens Axboe 		return;
553e34cbd30SJens Axboe 
554e34cbd30SJens Axboe 	do {
555e34cbd30SJens Axboe 		prepare_to_wait_exclusive(&rqw->wait, &wait,
556e34cbd30SJens Axboe 						TASK_UNINTERRUPTIBLE);
557e34cbd30SJens Axboe 
558e34cbd30SJens Axboe 		if (may_queue(rwb, rqw, &wait, rw))
559e34cbd30SJens Axboe 			break;
560e34cbd30SJens Axboe 
561e34cbd30SJens Axboe 		if (lock)
562e34cbd30SJens Axboe 			spin_unlock_irq(lock);
563e34cbd30SJens Axboe 
564e34cbd30SJens Axboe 		io_schedule();
565e34cbd30SJens Axboe 
566e34cbd30SJens Axboe 		if (lock)
567e34cbd30SJens Axboe 			spin_lock_irq(lock);
568e34cbd30SJens Axboe 	} while (1);
569e34cbd30SJens Axboe 
570e34cbd30SJens Axboe 	finish_wait(&rqw->wait, &wait);
571e34cbd30SJens Axboe }
572e34cbd30SJens Axboe 
573e34cbd30SJens Axboe static inline bool wbt_should_throttle(struct rq_wb *rwb, struct bio *bio)
574e34cbd30SJens Axboe {
575e34cbd30SJens Axboe 	const int op = bio_op(bio);
576e34cbd30SJens Axboe 
577e34cbd30SJens Axboe 	/*
578e34cbd30SJens Axboe 	 * If not a WRITE (or a discard), do nothing
579e34cbd30SJens Axboe 	 */
580e34cbd30SJens Axboe 	if (!(op == REQ_OP_WRITE || op == REQ_OP_DISCARD))
581e34cbd30SJens Axboe 		return false;
582e34cbd30SJens Axboe 
583e34cbd30SJens Axboe 	/*
584e34cbd30SJens Axboe 	 * Don't throttle WRITE_ODIRECT
585e34cbd30SJens Axboe 	 */
586e34cbd30SJens Axboe 	if ((bio->bi_opf & (REQ_SYNC | REQ_IDLE)) == (REQ_SYNC | REQ_IDLE))
587e34cbd30SJens Axboe 		return false;
588e34cbd30SJens Axboe 
589e34cbd30SJens Axboe 	return true;
590e34cbd30SJens Axboe }
591e34cbd30SJens Axboe 
592e34cbd30SJens Axboe /*
593e34cbd30SJens Axboe  * Returns true if the IO request should be accounted, false if not.
594e34cbd30SJens Axboe  * May sleep, if we have exceeded the writeback limits. Caller can pass
595e34cbd30SJens Axboe  * in an irq held spinlock, if it holds one when calling this function.
596e34cbd30SJens Axboe  * If we do sleep, we'll release and re-grab it.
597e34cbd30SJens Axboe  */
598e34cbd30SJens Axboe unsigned int wbt_wait(struct rq_wb *rwb, struct bio *bio, spinlock_t *lock)
599e34cbd30SJens Axboe {
600e34cbd30SJens Axboe 	unsigned int ret = 0;
601e34cbd30SJens Axboe 
602e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb_enabled(rwb))
603e34cbd30SJens Axboe 		return 0;
604e34cbd30SJens Axboe 
605e34cbd30SJens Axboe 	if (bio_op(bio) == REQ_OP_READ)
606e34cbd30SJens Axboe 		ret = WBT_READ;
607e34cbd30SJens Axboe 
608e34cbd30SJens Axboe 	if (!wbt_should_throttle(rwb, bio)) {
609e34cbd30SJens Axboe 		if (ret & WBT_READ)
610e34cbd30SJens Axboe 			wb_timestamp(rwb, &rwb->last_issue);
611e34cbd30SJens Axboe 		return ret;
612e34cbd30SJens Axboe 	}
613e34cbd30SJens Axboe 
614e34cbd30SJens Axboe 	__wbt_wait(rwb, bio->bi_opf, lock);
615e34cbd30SJens Axboe 
616e34cbd30SJens Axboe 	if (!timer_pending(&rwb->window_timer))
617e34cbd30SJens Axboe 		rwb_arm_timer(rwb);
618e34cbd30SJens Axboe 
619e34cbd30SJens Axboe 	if (current_is_kswapd())
620e34cbd30SJens Axboe 		ret |= WBT_KSWAPD;
621e34cbd30SJens Axboe 
622e34cbd30SJens Axboe 	return ret | WBT_TRACKED;
623e34cbd30SJens Axboe }
624e34cbd30SJens Axboe 
625e34cbd30SJens Axboe void wbt_issue(struct rq_wb *rwb, struct blk_issue_stat *stat)
626e34cbd30SJens Axboe {
627e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb_enabled(rwb))
628e34cbd30SJens Axboe 		return;
629e34cbd30SJens Axboe 
630e34cbd30SJens Axboe 	/*
631e34cbd30SJens Axboe 	 * Track sync issue, in case it takes a long time to complete. Allows
632e34cbd30SJens Axboe 	 * us to react quicker, if a sync IO takes a long time to complete.
633e34cbd30SJens Axboe 	 * Note that this is just a hint. 'stat' can go away when the
634e34cbd30SJens Axboe 	 * request completes, so it's important we never dereference it. We
635e34cbd30SJens Axboe 	 * only use the address to compare with, which is why we store the
636e34cbd30SJens Axboe 	 * sync_issue time locally.
637e34cbd30SJens Axboe 	 */
638e34cbd30SJens Axboe 	if (wbt_is_read(stat) && !rwb->sync_issue) {
639e34cbd30SJens Axboe 		rwb->sync_cookie = stat;
640e34cbd30SJens Axboe 		rwb->sync_issue = blk_stat_time(stat);
641e34cbd30SJens Axboe 	}
642e34cbd30SJens Axboe }
643e34cbd30SJens Axboe 
644e34cbd30SJens Axboe void wbt_requeue(struct rq_wb *rwb, struct blk_issue_stat *stat)
645e34cbd30SJens Axboe {
646e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb_enabled(rwb))
647e34cbd30SJens Axboe 		return;
648e34cbd30SJens Axboe 	if (stat == rwb->sync_cookie) {
649e34cbd30SJens Axboe 		rwb->sync_issue = 0;
650e34cbd30SJens Axboe 		rwb->sync_cookie = NULL;
651e34cbd30SJens Axboe 	}
652e34cbd30SJens Axboe }
653e34cbd30SJens Axboe 
654e34cbd30SJens Axboe void wbt_set_queue_depth(struct rq_wb *rwb, unsigned int depth)
655e34cbd30SJens Axboe {
656e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb) {
657e34cbd30SJens Axboe 		rwb->queue_depth = depth;
658e34cbd30SJens Axboe 		wbt_update_limits(rwb);
659e34cbd30SJens Axboe 	}
660e34cbd30SJens Axboe }
661e34cbd30SJens Axboe 
662e34cbd30SJens Axboe void wbt_set_write_cache(struct rq_wb *rwb, bool write_cache_on)
663e34cbd30SJens Axboe {
664e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb)
665e34cbd30SJens Axboe 		rwb->wc = write_cache_on;
666e34cbd30SJens Axboe }
667e34cbd30SJens Axboe 
668e34cbd30SJens Axboe void wbt_disable(struct rq_wb *rwb)
669e34cbd30SJens Axboe {
670e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb) {
671e34cbd30SJens Axboe 		del_timer_sync(&rwb->window_timer);
672e34cbd30SJens Axboe 		rwb->win_nsec = rwb->min_lat_nsec = 0;
673e34cbd30SJens Axboe 		wbt_update_limits(rwb);
674e34cbd30SJens Axboe 	}
675e34cbd30SJens Axboe }
676e34cbd30SJens Axboe EXPORT_SYMBOL_GPL(wbt_disable);
677e34cbd30SJens Axboe 
678e34cbd30SJens Axboe int wbt_init(struct request_queue *q, struct wb_stat_ops *ops)
679e34cbd30SJens Axboe {
680e34cbd30SJens Axboe 	struct rq_wb *rwb;
681e34cbd30SJens Axboe 	int i;
682e34cbd30SJens Axboe 
683e34cbd30SJens Axboe 	/*
684e34cbd30SJens Axboe 	 * For now, we depend on the stats window being larger than
685e34cbd30SJens Axboe 	 * our monitoring window. Ensure that this isn't inadvertently
686e34cbd30SJens Axboe 	 * violated.
687e34cbd30SJens Axboe 	 */
688e34cbd30SJens Axboe 	BUILD_BUG_ON(RWB_WINDOW_NSEC > BLK_STAT_NSEC);
689e34cbd30SJens Axboe 	BUILD_BUG_ON(WBT_NR_BITS > BLK_STAT_RES_BITS);
690e34cbd30SJens Axboe 
691e34cbd30SJens Axboe 	if (!ops->get || !ops->is_current || !ops->clear)
692e34cbd30SJens Axboe 		return -EINVAL;
693e34cbd30SJens Axboe 
694e34cbd30SJens Axboe 	rwb = kzalloc(sizeof(*rwb), GFP_KERNEL);
695e34cbd30SJens Axboe 	if (!rwb)
696e34cbd30SJens Axboe 		return -ENOMEM;
697e34cbd30SJens Axboe 
698e34cbd30SJens Axboe 	for (i = 0; i < WBT_NUM_RWQ; i++) {
699e34cbd30SJens Axboe 		atomic_set(&rwb->rq_wait[i].inflight, 0);
700e34cbd30SJens Axboe 		init_waitqueue_head(&rwb->rq_wait[i].wait);
701e34cbd30SJens Axboe 	}
702e34cbd30SJens Axboe 
703e34cbd30SJens Axboe 	setup_timer(&rwb->window_timer, wb_timer_fn, (unsigned long) rwb);
704e34cbd30SJens Axboe 	rwb->wc = 1;
705e34cbd30SJens Axboe 	rwb->queue_depth = RWB_DEF_DEPTH;
706e34cbd30SJens Axboe 	rwb->last_comp = rwb->last_issue = jiffies;
707d8a0cbfdSJens Axboe 	rwb->queue = q;
708e34cbd30SJens Axboe 	rwb->win_nsec = RWB_WINDOW_NSEC;
709e34cbd30SJens Axboe 	rwb->stat_ops = ops;
710e34cbd30SJens Axboe 	rwb->ops_data = q;
711e34cbd30SJens Axboe 	wbt_update_limits(rwb);
712e34cbd30SJens Axboe 
713e34cbd30SJens Axboe 	/*
714e34cbd30SJens Axboe 	 * Assign rwb, and turn on stats tracking for this queue
715e34cbd30SJens Axboe 	 */
716e34cbd30SJens Axboe 	q->rq_wb = rwb;
717e34cbd30SJens Axboe 	blk_stat_enable(q);
718e34cbd30SJens Axboe 
719e34cbd30SJens Axboe 	if (blk_queue_nonrot(q))
720e34cbd30SJens Axboe 		rwb->min_lat_nsec = 2000000ULL;
721e34cbd30SJens Axboe 	else
722e34cbd30SJens Axboe 		rwb->min_lat_nsec = 75000000ULL;
723e34cbd30SJens Axboe 
724e34cbd30SJens Axboe 	wbt_set_queue_depth(rwb, blk_queue_depth(q));
725e34cbd30SJens Axboe 	wbt_set_write_cache(rwb, test_bit(QUEUE_FLAG_WC, &q->queue_flags));
726e34cbd30SJens Axboe 
727e34cbd30SJens Axboe 	return 0;
728e34cbd30SJens Axboe }
729e34cbd30SJens Axboe 
730e34cbd30SJens Axboe void wbt_exit(struct request_queue *q)
731e34cbd30SJens Axboe {
732e34cbd30SJens Axboe 	struct rq_wb *rwb = q->rq_wb;
733e34cbd30SJens Axboe 
734e34cbd30SJens Axboe 	if (rwb) {
735e34cbd30SJens Axboe 		del_timer_sync(&rwb->window_timer);
736e34cbd30SJens Axboe 		q->rq_wb = NULL;
737e34cbd30SJens Axboe 		kfree(rwb);
738e34cbd30SJens Axboe 	}
739e34cbd30SJens Axboe }
740