sysctl: Index sysctl directories with rbtrees.
authorEric W. Biederman <ebiederm@xmission.com>
Tue, 10 Jan 2012 01:24:30 +0000 (17:24 -0800)
committerEric W. Biederman <ebiederm@xmission.com>
Wed, 25 Jan 2012 00:40:30 +0000 (16:40 -0800)
One of the most important jobs of sysctl is to export network stack
tunables.  Several of those tunables are per network device.  In
several instances people are running with 1000+ network devices in
there network stacks, which makes the simple per directory linked list
in sysctl a scaling bottleneck.   Replace O(N^2) sysctl insertion and
lookup times with O(NlogN) by using an rbtree to index the sysctl
directories.

Benchmark before:
    make-dummies 0 999 -> 0.32s
    rmmod dummy        -> 0.12s
    make-dummies 0 9999 -> 1m17s
    rmmod dummy         -> 17s

Benchmark after:
    make-dummies 0 999 -> 0.074s
    rmmod dummy        -> 0.070s
    make-dummies 0 9999 -> 3.4s
    rmmod dummy         -> 0.44s

Benchmark after (without dev_snmp6):
    make-dummies 0 9999 -> 0.75s
    rmmod dummy         -> 0.44s
    make-dummies 0 99999 -> 11s
    rmmod dummy          -> 4.3s

At 10,000 dummy devices the bottleneck becomes the time to add and
remove the files under /proc/sys/net/dev_snmp6.  I have commented
out the code that adds and removes files under /proc/sys/net/dev_snmp6
and taken measurments of creating and destroying 100,000 dummies to
verify the sysctl continues to scale.

Signed-off-by: Eric W. Biederman <ebiederm@xmission.com>
fs/proc/proc_sysctl.c
include/linux/sysctl.h

index e971ccccac4a5ce9ca21177d2e4dde7499dd4f48..05c393a5c5302a1d64cf6a04f5edb955bc3c66cf 100644 (file)
@@ -33,12 +33,10 @@ static struct ctl_table root_table[] = {
        { }
 };
 static struct ctl_table_root sysctl_table_root = {
-       .default_set.dir.list = LIST_HEAD_INIT(sysctl_table_root.default_set.dir.list),
        .default_set.dir.header = {
                {{.count = 1,
                  .nreg = 1,
-                 .ctl_table = root_table,
-                 .ctl_entry = LIST_HEAD_INIT(sysctl_table_root.default_set.dir.header.ctl_entry),}},
+                 .ctl_table = root_table }},
                .ctl_table_arg = root_table,
                .root = &sysctl_table_root,
                .set = &sysctl_table_root.default_set,
@@ -52,7 +50,6 @@ static int sysctl_follow_link(struct ctl_table_header **phead,
        struct ctl_table **pentry, struct nsproxy *namespaces);
 static int insert_links(struct ctl_table_header *head);
 static void put_links(struct ctl_table_header *header);
-static int sysctl_check_dups(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table *table);
 
 static void sysctl_print_dir(struct ctl_dir *dir)
 {
@@ -81,28 +78,83 @@ static struct ctl_table *find_entry(struct ctl_table_header **phead,
 {
        struct ctl_table_header *head;
        struct ctl_table *entry;
+       struct rb_node *node = dir->root.rb_node;
 
-       list_for_each_entry(head, &dir->list, ctl_entry) {
-               if (head->unregistering)
-                       continue;
-               for (entry = head->ctl_table; entry->procname; entry++) {
-                       const char *procname = entry->procname;
-                       if (namecmp(procname, strlen(procname), name, namelen) == 0) {
-                               *phead = head;
-                               return entry;
-                       }
+       while (node)
+       {
+               struct ctl_node *ctl_node;
+               const char *procname;
+               int cmp;
+
+               ctl_node = rb_entry(node, struct ctl_node, node);
+               head = ctl_node->header;
+               entry = &head->ctl_table[ctl_node - head->node];
+               procname = entry->procname;
+
+               cmp = namecmp(name, namelen, procname, strlen(procname));
+               if (cmp < 0)
+                       node = node->rb_left;
+               else if (cmp > 0)
+                       node = node->rb_right;
+               else {
+                       *phead = head;
+                       return entry;
                }
        }
        return NULL;
 }
 
+static int insert_entry(struct ctl_table_header *head, struct ctl_table *entry)
+{
+       struct rb_node *node = &head->node[entry - head->ctl_table].node;
+       struct rb_node **p = &head->parent->root.rb_node;
+       struct rb_node *parent = NULL;
+       const char *name = entry->procname;
+       int namelen = strlen(name);
+
+       while (*p) {
+               struct ctl_table_header *parent_head;
+               struct ctl_table *parent_entry;
+               struct ctl_node *parent_node;
+               const char *parent_name;
+               int cmp;
+
+               parent = *p;
+               parent_node = rb_entry(parent, struct ctl_node, node);
+               parent_head = parent_node->header;
+               parent_entry = &parent_head->ctl_table[parent_node - parent_head->node];
+               parent_name = parent_entry->procname;
+
+               cmp = namecmp(name, namelen, parent_name, strlen(parent_name));
+               if (cmp < 0)
+                       p = &(*p)->rb_left;
+               else if (cmp > 0)
+                       p = &(*p)->rb_right;
+               else {
+                       printk(KERN_ERR "sysctl duplicate entry: ");
+                       sysctl_print_dir(head->parent);
+                       printk(KERN_CONT "/%s\n", entry->procname);
+                       return -EEXIST;
+               }
+       }
+
+       rb_link_node(node, parent, p);
+       return 0;
+}
+
+static void erase_entry(struct ctl_table_header *head, struct ctl_table *entry)
+{
+       struct rb_node *node = &head->node[entry - head->ctl_table].node;
+
+       rb_erase(node, &head->parent->root);
+}
+
 static void init_header(struct ctl_table_header *head,
        struct ctl_table_root *root, struct ctl_table_set *set,
-       struct ctl_table *table)
+       struct ctl_node *node, struct ctl_table *table)
 {
        head->ctl_table = table;
        head->ctl_table_arg = table;
-       INIT_LIST_HEAD(&head->ctl_entry);
        head->used = 0;
        head->count = 1;
        head->nreg = 1;
@@ -110,28 +162,42 @@ static void init_header(struct ctl_table_header *head,
        head->root = root;
        head->set = set;
        head->parent = NULL;
+       head->node = node;
+       if (node) {
+               struct ctl_table *entry;
+               for (entry = table; entry->procname; entry++, node++) {
+                       rb_init_node(&node->node);
+                       node->header = head;
+               }
+       }
 }
 
 static void erase_header(struct ctl_table_header *head)
 {
-       list_del_init(&head->ctl_entry);
+       struct ctl_table *entry;
+       for (entry = head->ctl_table; entry->procname; entry++)
+               erase_entry(head, entry);
 }
 
 static int insert_header(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table_header *header)
 {
+       struct ctl_table *entry;
        int err;
 
-       err = sysctl_check_dups(dir, header->ctl_table);
-       if (err)
-               return err;
-
        dir->header.nreg++;
        header->parent = dir;
        err = insert_links(header);
        if (err)
                goto fail_links;
-       list_add_tail(&header->ctl_entry, &header->parent->list);
+       for (entry = header->ctl_table; entry->procname; entry++) {
+               err = insert_entry(header, entry);
+               if (err)
+                       goto fail;
+       }
        return 0;
+fail:
+       erase_header(header);
+       put_links(header);
 fail_links:
        header->parent = NULL;
        drop_sysctl_table(&dir->header);
@@ -241,19 +307,14 @@ static struct ctl_table *lookup_entry(struct ctl_table_header **phead,
        return entry;
 }
 
-static struct ctl_table_header *next_usable_entry(struct ctl_dir *dir,
-                                                 struct list_head *tmp)
+static struct ctl_node *first_usable_entry(struct rb_node *node)
 {
-       struct ctl_table_header *head;
-
-       for (tmp = tmp->next; tmp != &dir->list; tmp = tmp->next) {
-               head = list_entry(tmp, struct ctl_table_header, ctl_entry);
+       struct ctl_node *ctl_node;
 
-               if (!head->ctl_table->procname ||
-                   !use_table(head))
-                       continue;
-
-               return head;
+       for (;node; node = rb_next(node)) {
+               ctl_node = rb_entry(node, struct ctl_node, node);
+               if (use_table(ctl_node->header))
+                       return ctl_node;
        }
        return NULL;
 }
@@ -261,14 +322,17 @@ static struct ctl_table_header *next_usable_entry(struct ctl_dir *dir,
 static void first_entry(struct ctl_dir *dir,
        struct ctl_table_header **phead, struct ctl_table **pentry)
 {
-       struct ctl_table_header *head;
+       struct ctl_table_header *head = NULL;
        struct ctl_table *entry = NULL;
+       struct ctl_node *ctl_node;
 
        spin_lock(&sysctl_lock);
-       head = next_usable_entry(dir, &dir->list);
+       ctl_node = first_usable_entry(rb_first(&dir->root));
        spin_unlock(&sysctl_lock);
-       if (head)
-               entry = head->ctl_table;
+       if (ctl_node) {
+               head = ctl_node->header;
+               entry = &head->ctl_table[ctl_node - head->node];
+       }
        *phead = head;
        *pentry = entry;
 }
@@ -277,15 +341,17 @@ static void next_entry(struct ctl_table_header **phead, struct ctl_table **pentr
 {
        struct ctl_table_header *head = *phead;
        struct ctl_table *entry = *pentry;
+       struct ctl_node *ctl_node = &head->node[entry - head->ctl_table];
 
-       entry++;
-       if (!entry->procname) {
-               spin_lock(&sysctl_lock);
-               unuse_table(head);
-               head = next_usable_entry(head->parent, &head->ctl_entry);
-               spin_unlock(&sysctl_lock);
-               if (head)
-                       entry = head->ctl_table;
+       spin_lock(&sysctl_lock);
+       unuse_table(head);
+
+       ctl_node = first_usable_entry(rb_next(&ctl_node->node));
+       spin_unlock(&sysctl_lock);
+       head = NULL;
+       if (ctl_node) {
+               head = ctl_node->header;
+               entry = &head->ctl_table[ctl_node - head->node];
        }
        *phead = head;
        *pentry = entry;
@@ -777,21 +843,23 @@ static struct ctl_dir *new_dir(struct ctl_table_set *set,
 {
        struct ctl_table *table;
        struct ctl_dir *new;
+       struct ctl_node *node;
        char *new_name;
 
-       new = kzalloc(sizeof(*new) + sizeof(struct ctl_table)*2 +
-                     namelen + 1, GFP_KERNEL);
+       new = kzalloc(sizeof(*new) + sizeof(struct ctl_node) +
+                     sizeof(struct ctl_table)*2 +  namelen + 1,
+                     GFP_KERNEL);
        if (!new)
                return NULL;
 
-       table = (struct ctl_table *)(new + 1);
+       node = (struct ctl_node *)(new + 1);
+       table = (struct ctl_table *)(node + 1);
        new_name = (char *)(table + 2);
        memcpy(new_name, name, namelen);
        new_name[namelen] = '\0';
-       INIT_LIST_HEAD(&new->list);
        table[0].procname = new_name;
        table[0].mode = S_IFDIR|S_IRUGO|S_IXUGO;
-       init_header(&new->header, set->dir.header.root, set, table);
+       init_header(&new->header, set->dir.header.root, set, node, table);
 
        return new;
 }
@@ -892,40 +960,6 @@ static int sysctl_follow_link(struct ctl_table_header **phead,
        return ret;
 }
 
-static int sysctl_check_table_dups(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table *old,
-       struct ctl_table *table)
-{
-       struct ctl_table *entry, *test;
-       int error = 0;
-
-       for (entry = old; entry->procname; entry++) {
-               for (test = table; test->procname; test++) {
-                       if (strcmp(entry->procname, test->procname) == 0) {
-                               printk(KERN_ERR "sysctl duplicate entry: ");
-                               sysctl_print_dir(dir);
-                               printk(KERN_CONT "/%s\n", test->procname);
-                               error = -EEXIST;
-                       }
-               }
-       }
-       return error;
-}
-
-static int sysctl_check_dups(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table *table)
-{
-       struct ctl_table_header *head;
-       int error = 0;
-
-       list_for_each_entry(head, &dir->list, ctl_entry) {
-               if (head->unregistering)
-                       continue;
-               if (head->parent != dir)
-                       continue;
-               error = sysctl_check_table_dups(dir, head->ctl_table, table);
-       }
-       return error;
-}
-
 static int sysctl_err(const char *path, struct ctl_table *table, char *fmt, ...)
 {
        struct va_format vaf;
@@ -977,6 +1011,7 @@ static struct ctl_table_header *new_links(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table
 {
        struct ctl_table *link_table, *entry, *link;
        struct ctl_table_header *links;
+       struct ctl_node *node;
        char *link_name;
        int nr_entries, name_bytes;
 
@@ -988,6 +1023,7 @@ static struct ctl_table_header *new_links(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table
        }
 
        links = kzalloc(sizeof(struct ctl_table_header) +
+                       sizeof(struct ctl_node)*nr_entries +
                        sizeof(struct ctl_table)*(nr_entries + 1) +
                        name_bytes,
                        GFP_KERNEL);
@@ -995,7 +1031,8 @@ static struct ctl_table_header *new_links(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table
        if (!links)
                return NULL;
 
-       link_table = (struct ctl_table *)(links + 1);
+       node = (struct ctl_node *)(links + 1);
+       link_table = (struct ctl_table *)(node + nr_entries);
        link_name = (char *)&link_table[nr_entries + 1];
 
        for (link = link_table, entry = table; entry->procname; link++, entry++) {
@@ -1006,7 +1043,7 @@ static struct ctl_table_header *new_links(struct ctl_dir *dir, struct ctl_table
                link->data = link_root;
                link_name += len;
        }
-       init_header(links, dir->header.root, dir->header.set, link_table);
+       init_header(links, dir->header.root, dir->header.set, node, link_table);
        links->nreg = nr_entries;
 
        return links;
@@ -1132,12 +1169,20 @@ struct ctl_table_header *__register_sysctl_table(
        struct ctl_table_header *header;
        const char *name, *nextname;
        struct ctl_dir *dir;
+       struct ctl_table *entry;
+       struct ctl_node *node;
+       int nr_entries = 0;
+
+       for (entry = table; entry->procname; entry++)
+               nr_entries++;
 
-       header = kzalloc(sizeof(struct ctl_table_header), GFP_KERNEL);
+       header = kzalloc(sizeof(struct ctl_table_header) +
+                        sizeof(struct ctl_node)*nr_entries, GFP_KERNEL);
        if (!header)
                return NULL;
 
-       init_header(header, root, set, table);
+       node = (struct ctl_node *)(header + 1);
+       init_header(header, root, set, node, table);
        if (sysctl_check_table(path, table))
                goto fail;
 
@@ -1489,13 +1534,12 @@ void setup_sysctl_set(struct ctl_table_set *set,
 {
        memset(set, sizeof(*set), 0);
        set->is_seen = is_seen;
-       INIT_LIST_HEAD(&set->dir.list);
-       init_header(&set->dir.header, root, set, root_table);
+       init_header(&set->dir.header, root, set, NULL, root_table);
 }
 
 void retire_sysctl_set(struct ctl_table_set *set)
 {
-       WARN_ON(!list_empty(&set->dir.list));
+       WARN_ON(!RB_EMPTY_ROOT(&set->dir.root));
 }
 
 int __init proc_sys_init(void)
index 36dec756ef9dabd2e3e521a9a5e6d4f99b1efae5..35c50ed36fc98fe6c108922d5f2b436046ad4726 100644 (file)
@@ -932,6 +932,7 @@ enum
 #include <linux/list.h>
 #include <linux/rcupdate.h>
 #include <linux/wait.h>
+#include <linux/rbtree.h>
 
 /* For the /proc/sys support */
 struct ctl_table;
@@ -1023,6 +1024,11 @@ struct ctl_table
        void *extra2;
 };
 
+struct ctl_node {
+       struct rb_node node;
+       struct ctl_table_header *header;
+};
+
 /* struct ctl_table_header is used to maintain dynamic lists of
    struct ctl_table trees. */
 struct ctl_table_header
@@ -1030,7 +1036,6 @@ struct ctl_table_header
        union {
                struct {
                        struct ctl_table *ctl_table;
-                       struct list_head ctl_entry;
                        int used;
                        int count;
                        int nreg;
@@ -1042,12 +1047,13 @@ struct ctl_table_header
        struct ctl_table_root *root;
        struct ctl_table_set *set;
        struct ctl_dir *parent;
+       struct ctl_node *node;
 };
 
 struct ctl_dir {
        /* Header must be at the start of ctl_dir */
        struct ctl_table_header header;
-       struct list_head list;
+       struct rb_root root;
 };
 
 struct ctl_table_set {