writeback: implement foreign cgroup inode detection

As concurrent write sharing of an inode is expected to be very rare
and memcg only tracks page ownership on first-use basis severely
confining the usefulness of such sharing, cgroup writeback tracks
ownership per-inode.  While the support for concurrent write sharing
of an inode is deemed unnecessary, an inode being written to by
different cgroups at different points in time is a lot more common,
and, more importantly, charging only by first-use can too readily lead
to grossly incorrect behaviors (single foreign page can lead to
gigabytes of writeback to be incorrectly attributed).

To resolve this issue, cgroup writeback detects the majority dirtier
of an inode and will transfer the ownership to it.  To avoid
unnnecessary oscillation, the detection mechanism keeps track of
history and gives out the switch verdict only if the foreign usage
pattern is stable over a certain amount of time and/or writeback
attempts.

The detection mechanism has fairly low space and computation overhead.
It adds 8 bytes to struct inode (one int and two u16's) and minimal
amount of calculation per IO.  The detection mechanism converges to
the correct answer usually in several seconds of IO time when there's
a clear majority dirtier.  Even when there isn't, it can reach an
acceptable answer fairly quickly under most circumstances.

Please see wb_detach_inode() for more details.

This patch only implements detection.  Following patches will
implement actual switching.

v2: wbc_account_io() now checks whether the wbc is associated with a
    wb before dereferencing it.  This can happen when pageout() is
    writing pages directly without going through the usual writeback
    path.  As pageout() path is single-threaded, we don't want it to
    be blocked behind a slow cgroup and ultimately want it to delegate
    actual writing to the usual writeback path.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make writeback_control track the inode being written back

Currently, for cgroup writeback, the IO submission paths directly
associate the bio's with the blkcg from inode_to_wb_blkcg_css();
however, it'd be necessary to keep more writeback context to implement
foreign inode writeback detection.  wbc (writeback_control) is the
natural fit for the extra context - it persists throughout the
writeback of each inode and is passed all the way down to IO
submission paths.

This patch adds wbc_attach_and_unlock_inode(), wbc_detach_inode(), and
wbc_attach_fdatawrite_inode() which are used to associate wbc with the
inode being written back.  IO submission paths now use wbc_init_bio()
instead of directly associating bio's with blkcg themselves.  This
leaves inode_to_wb_blkcg_css() w/o any user.  The function is removed.

wbc currently only tracks the associated wb (bdi_writeback).  Future
patches will add more for foreign inode detection.  The association is
established under i_lock which will be depended upon when migrating
foreign inodes to other wb's.

As currently, once established, inode to wb association never changes,
going through wbc when initializing bio's doesn't cause any behavior
changes.

v2: submit_blk_blkcg() now checks whether the wbc is associated with a
    wb before dereferencing it.  This can happen when pageout() is
    writing pages directly without going through the usual writeback
    path.  As pageout() path is single-threaded, we don't want it to
    be blocked behind a slow cgroup and ultimately want it to delegate
    actual writing to the usual writeback path.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: relocate wb[_try]_get(), wb_put(), inode_{attach|detach}_wb()

Currently, majority of cgroup writeback support including all the
above functions are implemented in include/linux/backing-dev.h and
mm/backing-dev.c; however, the portion closely related to writeback
logic implemented in include/linux/writeback.h and mm/page-writeback.c
will expand to support foreign writeback detection and correction.

This patch moves wb[_try]_get() and wb_put() to
include/linux/backing-dev-defs.h so that they can be used from
writeback.h and inode_{attach|detach}_wb() to writeback.h and
page-writeback.c.

This is pure reorganization and doesn't introduce any functional
changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

mm: vmscan: disable memcg direct reclaim stalling if cgroup writeback support is in use

Because writeback wasn't cgroup aware before, the usual dirty
throttling mechanism in balance_dirty_pages() didn't work for
processes under memcg limit.  The writeback path didn't know how much
memory is available or how fast the dirty pages are being written out
for a given memcg and balance_dirty_pages() didn't have any measure of
IO back pressure for the memcg.

To work around the issue, memcg implemented an ad-hoc dirty throttling
mechanism in the direct reclaim path by stalling on pages under
writeback which are encountered during direct reclaim scan.  This is
rather ugly and crude - none of the configurability, fairness, or
bandwidth-proportional distribution of the normal path.

The previous patches implemented proper memcg aware dirty throttling
when cgroup writeback is in use making the ad-hoc mechanism
unnecessary.  This patch disables direct reclaim stalling for such
case.

Note: I disabled the parts which seemed obvious and it behaves fine
      while testing but my understanding of this code path is
      rudimentary and it's quite possible that I got something wrong.
      Please let me know if I got some wrong or more global_reclaim()
      sites should be updated.

v2: The original patch removed the direct stalling mechanism which
    breaks legacy hierarchies.  Conditionalize instead of removing.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Cc: Vladimir Davydov <vdavydov@parallels.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement memcg writeback domain based throttling

While cgroup writeback support now connects memcg and blkcg so that
writeback IOs are properly attributed and controlled, the IO back
pressure propagation mechanism implemented in balance_dirty_pages()
and its subroutines wasn't aware of cgroup writeback.

Processes belonging to a memcg may have access to only subset of total
memory available in the system and not factoring this into dirty
throttling rendered it completely ineffective for processes under
memcg limits and memcg ended up building a separate ad-hoc degenerate
mechanism directly into vmscan code to limit page dirtying.

The previous patches updated balance_dirty_pages() and its subroutines
so that they can deal with multiple wb_domain's (writeback domains)
and defined per-memcg wb_domain.  Processes belonging to a non-root
memcg are bound to two wb_domains, global wb_domain and memcg
wb_domain, and should be throttled according to IO pressures from both
domains.  This patch updates dirty throttling code so that it repeats
similar calculations for the two domains - the differences between the
two are few and minor - and applies the lower of the two sets of
resulting constraints.

wb_over_bg_thresh(), which controls when background writeback
terminates, is also updated to consider both global and memcg
wb_domains.  It returns true if dirty is over bg_thresh for either
domain.

This makes the dirty throttling mechanism operational for memcg
domains including writeback-bandwidth-proportional dirty page
distribution inside them but the ad-hoc memcg throttling mechanism in
vmscan is still in place.  The next patch will rip it out.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: reset wb_domain->dirty_limit[_tstmp] when memcg domain size changes

The amount of available memory to a memcg wb_domain can change as
memcg configuration changes.  A domain's ->dirty_limit exists to
smooth out sudden drops in dirty threshold; however, when a domain's
size actually drops significantly, it hinders the dirty throttling
from adjusting to the new configuration leading to unexpected
behaviors including unnecessary OOM kills.

This patch resolves the issue by adding wb_domain_size_changed() which
resets ->dirty_limit[_tstmp] and making memcg call it on configuration
changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement memcg wb_domain

Dirtyable memory is distributed to a wb (bdi_writeback) according to
the relative bandwidth the wb is writing out in the whole system.
This distribution is global - each wb is measured against all other
wb's and gets the proportinately sized portion of the memory in the
whole system.

For cgroup writeback, the amount of dirtyable memory is scoped by
memcg and thus each wb would need to be measured and controlled in its
memcg.  IOW, a wb will belong to two writeback domains - the global
and memcg domains.

The previous patches laid the groundwork to support the two wb_domains
and this patch implements memcg wb_domain.  memcg->cgwb_domain is
initialized on css online and destroyed on css release,
wb->memcg_completions is added, and __wb_writeout_inc() is updated to
increment completions against both global and memcg wb_domains.

The following patches will update balance_dirty_pages() and its
subroutines to actually consider memcg wb_domain for throttling.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: update wb_over_bg_thresh() to use wb_domain aware operations

wb_over_bg_thresh() currently uses global_dirty_limits() and
wb_dirty_limit() both of which are wrappers around operations which
take dirty_throttle_control.  For cgroup writeback support, the
function will be updated to also consider memcg wb_domains which
requires the context information carried in dirty_throttle_control.

This patch updates wb_over_bg_thresh() so that it uses the underlying
wb_domain aware operations directly and builds the global
dirty_throttle_control in the process.

This patch doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: move over_bground_thresh() to mm/page-writeback.c

and rename it to wb_over_bg_thresh().  The function is closely tied to
the dirty throttling mechanism implemented in page-writeback.c.  This
relocation will allow future updates necessary for cgroup writeback
support.

While at it, add function comment.

This is pure reorganization and doesn't introduce any behavioral
changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: separate out domain_dirty_limits()

global_dirty_limits() calculates thresh and bg_thresh (confusingly
called *pdirty and *pbackground in the function) assuming
global_wb_domain; however, cgroup writeback support requires
considering per-memcg wb_domain too.

This patch separates out domain_dirty_limits() which takes
dirty_throttle_control out of global_dirty_limits().  As thresh and
bg_thresh calculation needs the amount of dirtyable memory in the
domain, dirty_throttle_control->avail is added.  The new function
calculates the two thresholds and store them directly in the
dirty_throttle_control.

Also, as memcg domains can't follow vm_dirty_bytes and
dirty_background_bytes settings directly.  If those are set and
domain_dirty_limits() is invoked for a !global domain, the settings
are translated to ratios by scaling them against globally available
memory.  dirty_throttle_control->gdtc is added to enable this when
CONFIG_CGROUP_WRITEBACK.

global_dirty_limits() is now a thin wrapper around
domain_dirty_limits() and balance_dirty_pages() is updated to use the
new function too.

This patch doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make __wb_writeout_inc() and hard_dirty_limit() take wb_domaas a parameter

Currently __wb_writeout_inc() and hard_dirty_limit() assume
global_wb_domain; however, cgroup writeback support requires
considering per-memcg wb_domain too.

This patch separates out domain-specific part of __wb_writeout_inc()
into wb_domain_writeout_inc() which takes wb_domain as a parameter and
adds the parameter to hard_dirty_limit().  This will allow these two
functions to handle per-memcg wb_domains.

This patch doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add dirty_throttle_control->dom

Currently all dirty throttle operations use global_wb_domain; however,
cgroup writeback support requires considering per-memcg wb_domain too.
This patch adds dirty_throttle_control->dom and updates functions
which are directly using globabl_wb_domain to use it instead.

As this makes global_update_bandwidth() a misnomer, the function is
renamed to domain_update_bandwidth().

This patch doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add dirty_throttle_control->wb_completions

wb->completions measures the wb's proportional write bandwidth in
global_wb_domain and thus naturally tied to the wb_domain.  This patch
adds dirty_throttle_control->wb_completions which is initialized to
wb->completions by GDTC_INIT() and updates __wb_dirty_limits() to use
it instead of dereferencing wb->completions directly.

This will allow dirty_throttle_control to represent different
wb_domains and the matching wb completions.

This patch doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add dirty_throttle_control->pos_ratio

wb_position_ratio() is used to calculate pos_ratio, which is used for
two purposes.  wb_update_dirty_ratelimit() uses it to adjust
wb->[balanced_]dirty_ratelimit gradually and balance_dirty_pages() to
immediately adjust dirty_ratelimit right before applying it to
determine pause duration.

While wb_update_dirty_ratelimit() is separately rate limited from
balance_dirty_pages(), on the run where the ratelimit is updated, we
end up calculating pos_ratio twice with the same parameters.

This patch adds dirty_throttle_control->pos_ratio.
balance_dirty_pages() calculates it once per run and
wb_update_dirty_ratelimit() uses the value stored in
dirty_throttle_control.

This removes the duplicate calculation and also will help implementing
memcg wb_domain.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make __wb_calc_thresh() take dirty_throttle_control

wb_calc_thresh() calculates wb_thresh by scaling thresh according to
the wb's portion in the system-wide write bandwidth.  cgroup writeback
support would need to calculate wb_thresh against memcg domain too.
This patch renames wb_calc_thresh() to __wb_calc_thresh() and makes it
take dirty_throttle_control so that the function can later be updated
to calculate against different domains according to
dirty_throttle_control.

wb_calc_thresh() is now a thin wrapper around __wb_calc_thresh().

v2: The original version was incorrectly scaling dtc->dirty instead of
    dtc->thresh.  This was due to the extremely confusing function and
    variable names.  Added a rename patch and fixed this one.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add dirty_throttle_control->wb_bg_thresh

wb_bg_thresh is currently treated as a second-class citizen.  It's
only used when BDI_CAP_STRICTLIMIT is set and balance_dirty_pages()
doesn't calculate it unless the cap is set.  When the cap is set, the
calculated value is not passed around but instead recalculated
whenever it's used.

wb_position_ratio() calculates it by scaling wb_thresh proportional to
bg_thresh / thresh.  wb_update_dirty_ratelimit() uses wb_dirty_limit()
on bg_thresh, which should generally lead to a similar result as the
proportional scaling but can also be way off in the presence of
max/min_ratio settings.

Avoiding wb_bg_thresh calculation saves us one u64 multiplication and
divsion when BDI_CAP_STRICTLIMIT is not set.  Given that
balance_dirty_pages() is already ratelimited, this doesn't justify the
incurred extra complexity.

This patch adds wb_bg_thresh to dirty_throttle_control and makes
wb_dirty_limits() always calculate it and updates the users to use the
pre-calculated value.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: consolidate dirty throttle parameters into dirty_throttle_control

Dirty throttling implemented in balance_dirty_pages() and its
subroutines makes use of a number of parameters which are passed
around individually.  This renders these functions somewhat unwieldy
and makes it difficult to add or change the involved parameters.  Also
some functions use different or conflicting naming schemes for the
same parameters making the code confusing to follow.

This patch consolidates the main parameters into struct
dirty_throttle_control so that they can be passed around easily and
adding new paramters isn't painful.  This also unifies how a given
parameter is named and accessed.  The drawback of using this type of
control structure rather than explicit paramters is that it isn't
immediately obvious which function accesses and modifies what;
however, it's fairly clear that the benefits outweigh in this case.

GDTC_INIT() macro is provided to ease initializing
dirty_throttle_control for the global_wb_domain and
balance_dirty_pages() uses a separate pointer to point to its global
dirty_throttle_control.  This is to make it uniform with memcg domain
handling which will be added later.

This patch doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: move global_dirty_limit into wb_domain

This patch is a part of the series to define wb_domain which
represents a domain that wb's (bdi_writeback's) belong to and are
measured against each other in.  This will enable IO backpressure
propagation for cgroup writeback.

global_dirty_limit exists to regulate the global dirty threshold which
is a property of the wb_domain.  This patch moves hard_dirty_limit,
dirty_lock, and update_time into wb_domain.

This is pure reorganization and doesn't introduce any behavioral
changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement wb_domain

Dirtyable memory is distributed to a wb (bdi_writeback) according to
the relative bandwidth the wb is writing out in the whole system.
This distribution is global - each wb is measured against all other
wb's and gets the proportinately sized portion of the memory in the
whole system.

For cgroup writeback, the amount of dirtyable memory is scoped by
memcg and thus each wb would need to be measured and controlled in its
memcg.  IOW, a wb will belong to two writeback domains - the global
and memcg domains.

Currently, what constitutes the global writeback domain are scattered
across a number of global states.  This patch starts collecting them
into struct wb_domain.

* fprop_global which serves as the basis for proportional bandwidth
  measurement and its period timer are moved into struct wb_domain.

* global_wb_domain hosts the states for the global domain.

* While at it, flatten wb_writeout_fraction() into its callers.  This
  thin wrapper doesn't provide any actual benefits while getting in
  the way.

This is pure reorganization and doesn't introduce any behavioral
changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: reorganize [__]wb_update_bandwidth()

__wb_update_bandwidth() is called from two places -
fs/fs-writeback.c::balance_dirty_pages() and
mm/page-writeback.c::wb_writeback().  The latter updates only the
write bandwidth while the former also deals with the dirty ratelimit.
The two callsites are distinguished by whether @thresh parameter is
zero or not, which is cryptic.  In addition, the two files define
their own different versions of wb_update_bandwidth() on top of
__wb_update_bandwidth(), which is confusing to say the least.  This
patch cleans up [__]wb_update_bandwidth() in the following ways.

* __wb_update_bandwidth() now takes explicit @update_ratelimit
  parameter to gate dirty ratelimit handling.

* mm/page-writeback.c::wb_update_bandwidth() is flattened into its
  caller - balance_dirty_pages().

* fs/fs-writeback.c::wb_update_bandwidth() is moved to
  mm/page-writeback.c and __wb_update_bandwidth() is made static.

* While at it, add a lockdep assertion to __wb_update_bandwidth().

Except for the lockdep addition, this is pure reorganization and
doesn't introduce any behavioral changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: clean up wb_dirty_limit()

The function name wb_dirty_limit(), its argument @dirty and the local
variable @wb_dirty are mortally confusing given that the function
calculates per-wb threshold value not dirty pages, especially given
that @dirty and @wb_dirty are used elsewhere for dirty pages.

Let's rename the function to wb_calc_thresh() and wb_dirty to
wb_thresh.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

memcg: make mem_cgroup_read_{stat|event}() iterate possible cpus instead of online

cpu_possible_mask represents the CPUs which are actually possible
during that boot instance.  For systems which don't support CPU
hotplug, this will match cpu_online_mask exactly in most cases.  Even
for systems which support CPU hotplug, the number of possible CPU
slots is highly unlikely to diverge greatly from the number of online
CPUs.  The only cases where the difference between possible and online
caused problems were when the boot code failed to initialize the
possible mask and left it fully set at NR_CPUS - 1.

As such, most per-cpu constructs allocate for all possible CPUs and
often iterate over the possibles, which also has the benefit of
avoiding the blocking CPU hotplug synchronization.

memcg open codes per-cpu stat counting for mem_cgroup_read_stat() and
mem_cgroup_read_events(), which iterates over online CPUs and handles
CPU hotplug operations explicitly.  This complexity doesn't actually
buy anything.  Switch to iterating over the possibles and drop the
explicit CPU hotplug handling.

Eventually, we want to convert memcg to use percpu_counter instead of
its own custom implementation which also benefits from quick access
w/o summing for cases where larger error margin is acceptable.

This will allow mem_cgroup_read_stat() to be called from non-sleepable
contexts which will be used by cgroup writeback.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Michal Hocko <mhocko@suse.cz>
Acked-by: Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

ext2: enable cgroup writeback support

Writeback now supports cgroup writeback and the generic writeback,
buffer, libfs, and mpage helpers that ext2 uses are all updated to
work with cgroup writeback.

This patch enables cgroup writeback for ext2 by adding
FS_CGROUP_WRITEBACK to its ->fs_flags.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: linux-ext4@vger.kernel.org
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

mpage: make __mpage_writepage() honor cgroup writeback

__mpage_writepage() is used to implement mpage_writepages() which in
turn is used for ->writepages() of various filesystems.  All writeback
logic is now updated to handle cgroup writeback and the block cgroup
to issue IOs for is encoded in writeback_control and can be retrieved
from the inode; however, __mpage_writepage() currently ignores the
blkcg indicated by the inode and issues all bio's without explicit
blkcg association.

This patch updates __mpage_writepage() so that the issued bio's are
associated with inode_to_writeback_blkcg_css(inode).

v2: Updated for per-inode wb association.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Cc: Alexander Viro <viro@zeniv.linux.org.uk>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

buffer, writeback: make __block_write_full_page() honor cgroup writeback

[__]block_write_full_page() is used to implement ->writepage in
various filesystems.  All writeback logic is now updated to handle
cgroup writeback and the block cgroup to issue IOs for is encoded in
writeback_control and can be retrieved from the inode; however,
[__]block_write_full_page() currently ignores the blkcg indicated by
inode and issues all bio's without explicit blkcg association.

This patch adds submit_bh_blkcg() which associates the bio with the
specified blkio cgroup before issuing and uses it in
__block_write_full_page() so that the issued bio's are associated with
inode_to_wb_blkcg_css(inode).

v2: Updated for per-inode wb association.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: dirty inodes against their matching cgroup bdi_writeback's

__mark_inode_dirty() always dirtied the inode against the root wb
(bdi_writeback).  The previous patches added all the infrastructure
necessary to attribute an inode against the wb of the dirtying cgroup.

This patch updates __mark_inode_dirty() so that it uses the wb
associated with the inode instead of unconditionally using the root
one.

Currently, none of the filesystems has FS_CGROUP_WRITEBACK and all
pages will keep being dirtied against the root wb.

v2: Updated for per-inode wb association.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make writeback initiation functions handle multiple bdi_writeback's

[try_]writeback_inodes_sb[_nr]() and sync_inodes_sb() currently only
handle dirty inodes on the root wb (bdi_writeback) of the target bdi.
This patch implements bdi_split_work_to_wbs() and use it to make these
functions handle multiple wb's.

bdi_split_work_to_wbs() takes a base wb_writeback_work and create
clones of it and issue them to the wb's of the target bdi.  The base
work's nr_pages is distributed using wb_split_bdi_pages() -
ie. according to each wb's write bandwidth's proportion in the bdi.

Cloning a bdi involves memory allocation which may fail.  In such
cases, bdi_split_work_to_wbs() issues the base work directly and waits
for its completion before proceeding to the next wb to guarantee
forward progress and correctness under memory pressure.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: restructure try_writeback_inodes_sb[_nr]()

try_writeback_inodes_sb_nr() wraps writeback_inodes_sb_nr() so that it
handles s_umount locking and skips if writeback is already in
progress.  The in progress test is performed on the root wb
(bdi_writeback) which isn't sufficient for cgroup writeback support.
The test must be done per-wb.

To prepare for the change, this patch factors out
__writeback_inodes_sb_nr() from writeback_inodes_sb_nr() and adds
@skip_if_busy and moves the in progress test right before queueing the
wb_writeback_work.  try_writeback_inodes_sb_nr() now just grabs
s_umount and invokes __writeback_inodes_sb_nr() with asserted
@skip_if_busy.  This way, later addition of multiple wb handling can
skip only the wb's which already have writeback in progress.

This swaps the order between in progress test and s_umount test which
can flip the return value when writeback is in progress and s_umount
is being held by someone else but this shouldn't cause any meaningful
difference.  It's a fringe condition and the return value is an
unsynchronized hint anyway.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement wb_wait_for_single_work()

For cgroup writeback, multiple wb_writeback_work items may need to be
issuedto accomplish a single task.  The previous patch updated the
waiting mechanism such that wb_wait_for_completion() can wait for
multiple work items.

Issuing mulitple work items involves memory allocation which may fail.
As most writeback operations can't fail or blocked on memory
allocation, in such cases, we'll fall back to sequential issuing of an
on-stack work item, which would need to be waited upon sequentially.

This patch implements wb_wait_for_single_work() which waits for a
single work item independently from wb_completion waiting so that such
fallback mechanism can be used without getting tangled with the usual
issuing / completion operation.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement bdi_wait_for_completion()

If the completion of a wb_writeback_work can be waited upon by setting
its ->done to a struct completion and waiting on it; however, for
cgroup writeback support, it's necessary to issue multiple work items
to multiple bdi_writebacks and wait for the completion of all.

This patch implements wb_completion which can wait for multiple work
items and replaces the struct completion with it.  It can be defined
using DEFINE_WB_COMPLETION_ONSTACK(), used for multiple work items and
waited for by wb_wait_for_completion().

Nobody currently issues multiple work items and this patch doesn't
introduce any behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add wb_writeback_work->auto_free

Currently, a wb_writeback_work is freed automatically on completion if
it doesn't have ->done set.  Add wb_writeback_work->auto_free to make
the switch explicit.  This will help cgroup writeback support where
waiting for completion and whether to free automatically don't
necessarily move together.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make wakeup_dirtytime_writeback() handle multiple bdi_writeback's

wakeup_dirtytime_writeback() currently only starts writeback on the
root wb (bdi_writeback).  For cgroup writeback support, update the
function to check all wbs.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Theodore Ts'o <tytso@mit.edu>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make wakeup_flusher_threads() handle multiple bdi_writeback's

wakeup_flusher_threads() currently only starts writeback on the root
wb (bdi_writeback).  For cgroup writeback support, update the function
to wake up all wbs and distribute the number of pages to write
according to the proportion of each wb's write bandwidth, which is
implemented in wb_split_bdi_pages().

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make bdi_start_background_writeback() take bdi_writeback instead of backing_dev_info

bdi_start_background_writeback() currently takes @bdi and kicks the
root wb (bdi_writeback).  In preparation for cgroup writeback support,
make it take wb instead.

This patch doesn't make any functional difference.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make writeback_in_progress() take bdi_writeback instead of backing_dev_info

writeback_in_progress() currently takes @bdi and returns whether
writeback is in progress on its root wb (bdi_writeback).  In
preparation for cgroup writeback support, make it take wb instead.
While at it, make it an inline function.

This patch doesn't make any functional difference.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make laptop_mode_timer_fn() handle multiple bdi_writeback's

For cgroup writeback support, all bdi-wide operations should be
distributed to all its wb's (bdi_writeback's).

This patch updates laptop_mode_timer_fn() so that it invokes
wb_start_writeback() on all wb's rather than just the root one.  As
the intent is writing out all dirty data, there's no reason to split
the number of pages to write.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: remove bdi_start_writeback()

bdi_start_writeback() is a thin wrapper on top of
__wb_start_writeback() which is used only by laptop_mode_timer_fn().
This patches removes bdi_start_writeback(), renames
__wb_start_writeback() to wb_start_writeback() and makes
laptop_mode_timer_fn() use it instead.

This doesn't cause any functional difference and will ease making
laptop_mode_timer_fn() cgroup writeback aware.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement bdi_for_each_wb()

This will be used to implement bdi-wide operations which should be
distributed across all its cgroup bdi_writebacks.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make bdi->min/max_ratio handling cgroup writeback aware

bdi->min/max_ratio are user-configurable per-bdi knobs which regulate
dirty limit of each bdi.  For cgroup writeback, they need to be
further distributed across wb's (bdi_writeback's) belonging to the
configured bdi.

This patch introduces wb_min_max_ratio() which distributes
bdi->min/max_ratio according to a wb's proportion in the total active
bandwidth of its bdi.

v2: Update wb_min_max_ratio() to fix a bug where both min and max were
    assigned the min value and avoid calculations when possible.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: don't issue wb_writeback_work if clean

There are several places in fs/fs-writeback.c which queues
wb_writeback_work without checking whether the target wb
(bdi_writeback) has dirty inodes or not.  The only thing
wb_writeback_work does is writing back the dirty inodes for the target
wb and queueing a work item for a clean wb is essentially noop.  There
are some side effects such as bandwidth stats being updated and
triggering tracepoints but these don't affect the operation in any
meaningful way.

This patch makes all writeback_inodes_sb_nr() and sync_inodes_sb()
skip wb_queue_work() if the target bdi is clean.  Also, it moves
dirtiness check from wakeup_flusher_threads() to
__wb_start_writeback() so that all its callers benefit from the check.

While the overhead incurred by scheduling a noop work isn't currently
significant, the overhead may be higher with cgroup writeback support
as we may end up issuing noop work items to a lot of clean wb's.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make bdi_has_dirty_io() take multiple bdi_writeback's into account

bdi_has_dirty_io() used to only reflect whether the root wb
(bdi_writeback) has dirty inodes.  For cgroup writeback support, it
needs to take all active wb's into account.  If any wb on the bdi has
dirty inodes, bdi_has_dirty_io() should return true.

To achieve that, as inode_wb_list_{move|del}_locked() now keep track
of the dirty state transition of each wb, the number of dirty wbs can
be counted in the bdi; however, bdi is already aggregating
wb->avg_write_bandwidth which can easily be guaranteed to be > 0 when
there are any dirty inodes by ensuring wb->avg_write_bandwidth can't
dip below 1.  bdi_has_dirty_io() can simply test whether
bdi->tot_write_bandwidth is zero or not.

While this bumps the value of wb->avg_write_bandwidth to one when it
used to be zero, this shouldn't cause any meaningful behavior
difference.

bdi_has_dirty_io() is made an inline function which tests whether
->tot_write_bandwidth is non-zero.  Also, WARN_ON_ONCE()'s on its
value are added to inode_wb_list_{move|del}_locked().

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement backing_dev_info->tot_write_bandwidth

cgroup writeback support needs to keep track of the sum of
avg_write_bandwidth of all wb's (bdi_writeback's) with dirty inodes to
distribute write workload.  This patch adds bdi->tot_write_bandwidth
and updates inode_wb_list_move_locked(), inode_wb_list_del_locked()
and wb_update_write_bandwidth() to adjust it as wb's gain and lose
dirty inodes and its avg_write_bandwidth gets updated.

As the update events are not synchronized with each other,
bdi->tot_write_bandwidth is an atomic_long_t.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement WB_has_dirty_io wb_state flag

Currently, wb_has_dirty_io() determines whether a wb (bdi_writeback)
has any dirty inode by testing all three IO lists on each invocation
without actively keeping track.  For cgroup writeback support, a
single bdi will host multiple wb's each of which will host dirty
inodes separately and we'll need to make bdi_has_dirty_io(), which
currently only represents the root wb, aggregate has_dirty_io from all
member wb's, which requires tracking transitions in has_dirty_io state
on each wb.

This patch introduces inode_wb_list_{move|del}_locked() to consolidate
IO list operations leaving queue_io() the only other function which
directly manipulates IO lists (via move_expired_inodes()).  All three
functions are updated to call wb_io_lists_[de]populated() which keep
track of whether the wb has dirty inodes or not and record it using
the new WB_has_dirty_io flag.  inode_wb_list_moved_locked()'s return
value indicates whether the wb had no dirty inodes before.

mark_inode_dirty() is restructured so that the return value of
inode_wb_list_move_locked() can be used for deciding whether to wake
up the wb.

While at it, change {bdi|wb}_has_dirty_io()'s return values to bool.
These functions were returning 0 and 1 before.  Also, add a comment
explaining the synchronization of wb_state flags.

v2: Updated to accommodate b_dirty_time.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: implement and use inode_congested()

In several places, bdi_congested() and its wrappers are used to
determine whether more IOs should be issued.  With cgroup writeback
support, this question can't be answered solely based on the bdi
(backing_dev_info).  It's dependent on whether the filesystem and bdi
support cgroup writeback and the blkcg the inode is associated with.

This patch implements inode_congested() and its wrappers which take
@inode and determines the congestion state considering cgroup
writeback.  The new functions replace bdi_*congested() calls in places
where the query is about specific inode and task.

There are several filesystem users which also fit this criteria but
they should be updated when each filesystem implements cgroup
writeback support.

v2: Now that a given inode is associated with only one wb, congestion
    state can be determined independent from the asking task.  Drop
    @task.  Spotted by Vivek.  Also, converted to take @inode instead
    of @mapping and renamed to inode_congested().

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback, blkcg: propagate non-root blkcg congestion state

Now that bdi layer can handle per-blkcg bdi_writeback_congested state,
blk_{set|clear}_congested() can propagate non-root blkcg congestion
state to them.

This can be easily achieved by disabling the root_rl tests in
blk_{set|clear}_congested().  Note that we still need those tests when
!CONFIG_CGROUP_WRITEBACK as otherwise we'll end up flipping root blkcg
wb's congestion state for events happening on other blkcgs.

v2: Updated for bdi_writeback_congested.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback, blkcg: restructure blk_{set|clear}_queue_congested()

blk_{set|clear}_queue_congested() take @q and set or clear,
respectively, the congestion state of its bdi's root wb.  Because bdi
used to be able to handle congestion state only on the root wb, the
callers of those functions tested whether the congestion is on the
root blkcg and skipped if not.

This is cumbersome and makes implementation of per cgroup
bdi_writeback congestion state propagation difficult.  This patch
renames blk_{set|clear}_queue_congested() to
blk_{set|clear}_congested(), and makes them take request_list instead
of request_queue and test whether the specified request_list is the
root one before updating bdi_writeback congestion state.  This makes
the tests in the callers unnecessary and simplifies them.

As there are no external users of these functions, the definitions are
moved from include/linux/blkdev.h to block/blk-core.c.

This patch doesn't introduce any noticeable behavior difference.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make congestion functions per bdi_writeback

Currently, all congestion functions take bdi (backing_dev_info) and
always operate on the root wb (bdi->wb) and the congestion state from
the block layer is propagated only for the root blkcg.  This patch
introduces {set|clear}_wb_congested() and wb_congested() which take a
bdi_writeback_congested and bdi_writeback respectively.  The bdi
counteparts are now wrappers invoking the wb based functions on
@bdi->wb.

While converting clear_bdi_congested() to clear_wb_congested(), the
local variable declaration order between @wqh and @bit is swapped for
cosmetic reason.

This patch just adds the new wb based functions.  The following
patches will apply them.

v2: Updated for bdi_writeback_congested.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: let balance_dirty_pages() work on the matching cgroup bdi_writeback

Currently, balance_dirty_pages() always work on bdi->wb.  This patch
updates it to work on the wb (bdi_writeback) matching memcg and blkcg
of the current task as that's what the inode is being dirtied against.

balance_dirty_pages_ratelimited() now pins the current wb and passes
it to balance_dirty_pages().

As no filesystem has FS_CGROUP_WRITEBACK yet, this doesn't lead to
visible behavior differences.

v2: Updated for per-inode wb association.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: attribute stats to the matching per-cgroup bdi_writeback

Until now, all WB_* stats were accounted against the root wb
(bdi_writeback), now that multiple wb (bdi_writeback) support is in
place, let's attributes the stats to the respective per-cgroup wb's.

As no filesystem has FS_CGROUP_WRITEBACK yet, this doesn't lead to
visible behavior differences.

v2: Updated for per-inode wb association.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback, blkcg: associate each blkcg_gq with the corresponding bdi_writeback_congested

A blkg (blkcg_gq) can be congested and decongested independently from
other blkgs on the same request_queue.  Accordingly, for cgroup
writeback support, the congestion status at bdi (backing_dev_info)
should be split and updated separately from matching blkg's.

This patch prepares by adding blkg->wb_congested and associating a
blkg with its matching per-blkcg bdi_writeback_congested on creation.

v2: Updated to associate bdi_writeback_congested instead of
    bdi_writeback.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: make backing_dev_info host cgroup-specific bdi_writebacks

For the planned cgroup writeback support, on each bdi
(backing_dev_info), each memcg will be served by a separate wb
(bdi_writeback).  This patch updates bdi so that a bdi can host
multiple wbs (bdi_writebacks).

On the default hierarchy, blkcg implicitly enables memcg.  This allows
using memcg's page ownership for attributing writeback IOs, and every
memcg - blkcg combination can be served by its own wb by assigning a
dedicated wb to each memcg.  This means that there may be multiple
wb's of a bdi mapped to the same blkcg.  As congested state is per
blkcg - bdi combination, those wb's should share the same congested
state.  This is achieved by tracking congested state via
bdi_writeback_congested structs which are keyed by blkcg.

bdi->wb remains unchanged and will keep serving the root cgroup.
cgwb's (cgroup wb's) for non-root cgroups are created on-demand or
looked up while dirtying an inode according to the memcg of the page
being dirtied or current task.  Each cgwb is indexed on bdi->cgwb_tree
by its memcg id.  Once an inode is associated with its wb, it can be
retrieved using inode_to_wb().

Currently, none of the filesystems has FS_CGROUP_WRITEBACK and all
pages will keep being associated with bdi->wb.

v3: inode_attach_wb() in account_page_dirtied() moved inside
    mapping_cap_account_dirty() block where it's known to be !NULL.
    Also, an unnecessary NULL check before kfree() removed.  Both
    detected by the kbuild bot.

v2: Updated so that wb association is per inode and wb is per memcg
    rather than blkcg.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: kbuild test robot <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Dan Carpenter <dan.carpenter@oracle.com>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add {CONFIG|BDI_CAP|FS}_CGROUP_WRITEBACK

cgroup writeback requires support from both bdi and filesystem sides.
Add BDI_CAP_CGROUP_WRITEBACK and FS_CGROUP_WRITEBACK to indicate
support and enable BDI_CAP_CGROUP_WRITEBACK on block based bdi's by
default.  Also, define CONFIG_CGROUP_WRITEBACK which is enabled if
both MEMCG and BLK_CGROUP are enabled.

inode_cgwb_enabled() which determines whether a given inode's both bdi
and fs support cgroup writeback is added.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

bdi: separate out congested state into a separate struct

Currently, a wb's (bdi_writeback) congestion state is carried in its
->state field; however, cgroup writeback support will require multiple
wb's sharing the same congestion state.  This patch separates out
congestion state into its own struct - struct bdi_writeback_congested.
A new field wb field, wb_congested, points to its associated congested
struct.  The default wb, bdi->wb, always points to bdi->wb_congested.

While this patch adds a layer of indirection, it doesn't introduce any
behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: add @gfp to wb_init()

wb_init() currently always uses GFP_KERNEL but the planned cgroup
writeback support needs using other allocation masks.  Add @gfp to
wb_init().

This patch doesn't introduce any behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

bdi: make inode_to_bdi() inline

Now that bdi definitions are moved to backing-dev-defs.h,
backing-dev.h can include blkdev.h and inline inode_to_bdi() without
worrying about introducing circular include dependency.  The function
gets called from hot paths and fairly trivial.

This patch makes inode_to_bdi() and sb_is_blkdev_sb() that the
function calls inline.  blockdev_superblock and noop_backing_dev_info
are EXPORT_GPL'd to allow the inline functions to be used from
modules.

While at it, make sb_is_blkdev_sb() return bool instead of int.

v2: Fixed typo in description as suggested by Jan.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Christoph Hellwig <hch@infradead.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: separate out include/linux/backing-dev-defs.h

With the planned cgroup writeback support, backing-dev related
declarations will be more widely used across block and cgroup;
unfortunately, including backing-dev.h from include/linux/blkdev.h
makes cyclic include dependency quite likely.

This patch separates out backing-dev-defs.h which only has the
essential definitions and updates blkdev.h to include it.  c files
which need access to more backing-dev details now include
backing-dev.h directly.  This takes backing-dev.h off the common
include dependency chain making it a lot easier to use it across block
and cgroup.

v2: fs/fat build failure fixed.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: reorganize mm/backing-dev.c

Move wb_shutdown(), bdi_register(), bdi_register_dev(),
bdi_prune_sb(), bdi_remove_from_list() and bdi_unregister() so that
init / exit functions are grouped together.  This will make updating
init / exit paths for cgroup writeback support easier.

This is pure source file reorganization.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: move backing_dev_info->wb_lock and ->worklist into bdi_writeback

Currently, a bdi (backing_dev_info) embeds single wb (bdi_writeback)
and the role of the separation is unclear.  For cgroup support for
writeback IOs, a bdi will be updated to host multiple wb's where each
wb serves writeback IOs of a different cgroup on the bdi.  To achieve
that, a wb should carry all states necessary for servicing writeback
IOs for a cgroup independently.

This patch moves bdi->wb_lock and ->worklist into wb.

* The lock protects bdi->worklist and bdi->wb.dwork scheduling.  While
  moving, rename it to wb->work_lock as wb->wb_lock is confusing.
  Also, move wb->dwork downwards so that it's colocated with the new
  ->work_lock and ->work_list fields.

* bdi_writeback_workfn() -> wb_workfn()
  bdi_wakeup_thread_delayed(bdi) -> wb_wakeup_delayed(wb)
  bdi_wakeup_thread(bdi) -> wb_wakeup(wb)
  bdi_queue_work(bdi, ...) -> wb_queue_work(wb, ...)
  __bdi_start_writeback(bdi, ...) -> __wb_start_writeback(wb, ...)
  get_next_work_item(bdi) -> get_next_work_item(wb)

* bdi_wb_shutdown() is renamed to wb_shutdown() and now takes @wb.
  The function contained parts which belong to the containing bdi
  rather than the wb itself - testing cap_writeback_dirty and
  bdi_remove_from_list() invocation.  Those are moved to
  bdi_unregister().

* bdi_wb_{init|exit}() are renamed to wb_{init|exit}().
  Initializations of the moved bdi->wb_lock and ->work_list are
  relocated from bdi_init() to wb_init().

* As there's still only one bdi_writeback per backing_dev_info, all
  uses of bdi->state are mechanically replaced with bdi->wb.state
  introducing no behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: s/bdi/wb/ in mm/page-writeback.c

Writeback operations will now be per wb (bdi_writeback) instead of
bdi.  Replace the relevant bdi references in symbol names and comments
with wb.  This patch is purely cosmetic and doesn't make any
functional changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: move bandwidth related fields from backing_dev_info into bdi_writeback

Currently, a bdi (backing_dev_info) embeds single wb (bdi_writeback)
and the role of the separation is unclear.  For cgroup support for
writeback IOs, a bdi will be updated to host multiple wb's where each
wb serves writeback IOs of a different cgroup on the bdi.  To achieve
that, a wb should carry all states necessary for servicing writeback
IOs for a cgroup independently.

This patch moves bandwidth related fields from backing_dev_info into
bdi_writeback.

* The moved fields are: bw_time_stamp, dirtied_stamp, written_stamp,
  write_bandwidth, avg_write_bandwidth, dirty_ratelimit,
  balanced_dirty_ratelimit, completions and dirty_exceeded.

* writeback_chunk_size() and over_bground_thresh() now take @wb
  instead of @bdi.

* bdi_writeout_fraction(bdi, ...) -> wb_writeout_fraction(wb, ...)
  bdi_dirty_limit(bdi, ...) -> wb_dirty_limit(wb, ...)
  bdi_position_ration(bdi, ...) -> wb_position_ratio(wb, ...)
  bdi_update_writebandwidth(bdi, ...) -> wb_update_write_bandwidth(wb, ...)
  [__]bdi_update_bandwidth(bdi, ...) -> [__]wb_update_bandwidth(wb, ...)
  bdi_{max|min}_pause(bdi, ...) -> wb_{max|min}_pause(wb, ...)
  bdi_dirty_limits(bdi, ...) -> wb_dirty_limits(wb, ...)

* Init/exits of the relocated fields are moved to bdi_wb_init/exit()
  respectively.  Note that explicit zeroing is dropped in the process
  as wb's are cleared in entirety anyway.

* As there's still only one bdi_writeback per backing_dev_info, all
  uses of bdi->stat[] are mechanically replaced with bdi->wb.stat[]
  introducing no behavior changes.

v2: Typo in description fixed as suggested by Jan.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Jaegeuk Kim <jaegeuk@kernel.org>
Cc: Steven Whitehouse <swhiteho@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: move backing_dev_info->bdi_stat[] into bdi_writeback

Currently, a bdi (backing_dev_info) embeds single wb (bdi_writeback)
and the role of the separation is unclear.  For cgroup support for
writeback IOs, a bdi will be updated to host multiple wb's where each
wb serves writeback IOs of a different cgroup on the bdi.  To achieve
that, a wb should carry all states necessary for servicing writeback
IOs for a cgroup independently.

This patch moves bdi->bdi_stat[] into wb.

* enum bdi_stat_item is renamed to wb_stat_item and the prefix of all
  enums is changed from BDI_ to WB_.

* BDI_STAT_BATCH() -> WB_STAT_BATCH()

* [__]{add|inc|dec|sum}_wb_stat(bdi, ...) -> [__]{add|inc}_wb_stat(wb, ...)

* bdi_stat[_error]() -> wb_stat[_error]()

* bdi_writeout_inc() -> wb_writeout_inc()

* stat init is moved to bdi_wb_init() and bdi_wb_exit() is added and
  frees stat.

* As there's still only one bdi_writeback per backing_dev_info, all
  uses of bdi->stat[] are mechanically replaced with bdi->wb.stat[]
  introducing no behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Miklos Szeredi <miklos@szeredi.hu>
Cc: Trond Myklebust <trond.myklebust@primarydata.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

writeback: move backing_dev_info->state into bdi_writeback

Currently, a bdi (backing_dev_info) embeds single wb (bdi_writeback)
and the role of the separation is unclear.  For cgroup support for
writeback IOs, a bdi will be updated to host multiple wb's where each
wb serves writeback IOs of a different cgroup on the bdi.  To achieve
that, a wb should carry all states necessary for servicing writeback
IOs for a cgroup independently.

This patch moves bdi->state into wb.

* enum bdi_state is renamed to wb_state and the prefix of all enums is
  changed from BDI_ to WB_.

* Explicit zeroing of bdi->state is removed without adding zeoring of
  wb->state as the whole data structure is zeroed on init anyway.

* As there's still only one bdi_writeback per backing_dev_info, all
  uses of bdi->state are mechanically replaced with bdi->wb.state
  introducing no behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: drbd-dev@lists.linbit.com
Cc: Neil Brown <neilb@suse.de>
Cc: Alasdair Kergon <agk@redhat.com>
Cc: Mike Snitzer <snitzer@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

memcg: implement mem_cgroup_css_from_page()

Implement mem_cgroup_css_from_page() which returns the
cgroup_subsys_state of the memcg associated with a given page on the
default hierarchy.  This will be used by cgroup writeback support.

This function assumes that page->mem_cgroup association doesn't change
until the page is released, which is true on the default hierarchy as
long as replace_page_cache_page() is not used.  As the only user of
replace_page_cache_page() is FUSE which won't support cgroup writeback
for the time being, this works for now, and replace_page_cache_page()
will soon be updated so that the invariant actually holds.

Note that the RCU protected page->mem_cgroup access is consistent with
other usages across memcg but ultimately incorrect.  These unlocked
accesses are missing required barriers.  page->mem_cgroup should be
made an RCU pointer and updated and accessed using RCU operations.

v4: Instead of triggering WARN, return the root css on the traditional
    hierarchies.  This makes the function a lot easier to deal with
    especially as there's no light way to synchronize against
    hierarchy rebinding.

v3: s/mem_cgroup_migrate()/mem_cgroup_css_from_page()/

v2: Trigger WARN if the function is used on the traditional
    hierarchies and add comment about the assumed invariant.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org>
Cc: Michal Hocko <mhocko@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blkcg: implement bio_associate_blkcg()

Currently, a bio can only be associated with the io_context and blkcg
of %current using bio_associate_current().  This is too restrictive
for cgroup writeback support.  Implement bio_associate_blkcg() which
associates a bio with the specified blkcg.

bio_associate_blkcg() leaves the io_context unassociated.
bio_associate_current() is updated so that it considers a bio as
already associated if it has a blkcg_css, instead of an io_context,
associated with it.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blkcg: implement task_get_blkcg_css()

Implement a wrapper around task_get_css() to acquire the blkcg css for
a given task.  The wrapper is necessary for cgroup writeback support
as there will be places outside blkcg proper trying to acquire
blkcg_css and blkio_cgrp_id will be undefined when !CONFIG_BLK_CGROUP.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

cgroup, block: implement task_get_css() and use it in bio_associate_current()

bio_associate_current() currently open codes task_css() and
css_tryget_online() to find and pin $current's blkcg css.  Abstract it
into task_get_css() which is implemented from cgroup side.  As a task
is always associated with an online css for every subsystem except
while the css_set update is propagating, task_get_css() retries till
css_tryget_online() succeeds.

This is a cleanup and shouldn't lead to noticeable behavior changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Li Zefan <lizefan@huawei.com>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blkcg: add blkcg_root_css

Add global constant blkcg_root_css which points to &blkcg_root.css.
This will be used by cgroup writeback support.  If blkcg is disabled,
it's defined as ERR_PTR(-EINVAL).

v2: The declarations moved to include/linux/blk-cgroup.h as suggested
    by Vivek.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Cc: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

memcg: add mem_cgroup_root_css

Add global mem_cgroup_root_css which points to the root memcg css.
This will be used by cgroup writeback support.  If memcg is disabled,
it's defined as ERR_PTR(-EINVAL).

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org>
aCc: Michal Hocko <mhocko@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blkcg: always create the blkcg_gq for the root blkcg

Currently, blkcg does a minor optimization where the root blkcg is
created when the first blkcg policy is activated on a queue and
destroyed on the deactivation of the last.  On systems where blkcg is
configured but not used, this saves one blkcg_gq struct per queue.  On
systems where blkcg is actually used, there's no difference.  The only
case where this can lead to any meaninful, albeit still minute, save
in memory consumption is when all blkcg policies are deactivated after
being widely used in the system, which is a hihgly unlikely scenario.

The conditional existence of root blkcg_gq has already created several
bugs in blkcg and became an issue once again for the new per-cgroup
wb_congested mechanism for cgroup writeback support leading to a NULL
dereference when no blkcg policy is active.  This is really not worth
bothering with.  This patch makes blkcg always allocate and link the
root blkcg_gq and release it only on queue destruction.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Reported-by: Fengguang Wu <fengguang.wu@intel.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

update !CONFIG_BLK_CGROUP dummies in include/linux/blk-cgroup.h

The header file will be used more widely with the pending cgroup
writeback support and the current set of dummy declarations aren't
enough to handle different config combinations.  Update as follows.

* Drop the struct cgroup declaration.  None of the dummy defs need it.

* Define blkcg as an empty struct instead of just declaring it.

* Wrap dummy function defs in CONFIG_BLOCK.  Some functions use block
  data types and none of them are to be used w/o block enabled.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blkcg: move block/blk-cgroup.h to include/linux/blk-cgroup.h

cgroup aware writeback support will require exposing some of blkcg
details.  In preprataion, move block/blk-cgroup.h to
include/linux/blk-cgroup.h.  This patch is pure file move.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Vivek Goyal <vgoyal@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

memcg: add per cgroup dirty page accounting

When modifying PG_Dirty on cached file pages, update the new
MEM_CGROUP_STAT_DIRTY counter.  This is done in the same places where
global NR_FILE_DIRTY is managed.  The new memcg stat is visible in the
per memcg memory.stat cgroupfs file.  The most recent past attempt at
this was http://thread.gmane.org/gmane.linux.kernel.cgroups/8632

The new accounting supports future efforts to add per cgroup dirty
page throttling and writeback.  It also helps an administrator break
down a container's memory usage and provides evidence to understand
memcg oom kills (the new dirty count is included in memcg oom kill
messages).

The ability to move page accounting between memcg
(memory.move_charge_at_immigrate) makes this accounting more
complicated than the global counter.  The existing
mem_cgroup_{begin,end}_page_stat() lock is used to serialize move
accounting with stat updates.
Typical update operation:
memcg = mem_cgroup_begin_page_stat(page)
if (TestSetPageDirty()) {
[...]
mem_cgroup_update_page_stat(memcg)
}
mem_cgroup_end_page_stat(memcg)

Summary of mem_cgroup_end_page_stat() overhead:
- Without CONFIG_MEMCG it's a no-op
- With CONFIG_MEMCG and no inter memcg task movement, it's just
  rcu_read_lock()
- With CONFIG_MEMCG and inter memcg  task movement, it's
  rcu_read_lock() + spin_lock_irqsave()

A memcg parameter is added to several routines because their callers
now grab mem_cgroup_begin_page_stat() which returns the memcg later
needed by for mem_cgroup_update_page_stat().

Because mem_cgroup_begin_page_stat() may disable interrupts, some
adjustments are needed:
- move __mark_inode_dirty() from __set_page_dirty() to its caller.
  __mark_inode_dirty() locking does not want interrupts disabled.
- use spin_lock_irqsave(tree_lock) rather than spin_lock_irq() in
  __delete_from_page_cache(), replace_page_cache_page(),
  invalidate_complete_page2(), and __remove_mapping().

   text    data     bss      dec    hex filename
8925147 1774832 1785856 12485835 be84cb vmlinux-!CONFIG_MEMCG-before
8925339 1774832 1785856 12486027 be858b vmlinux-!CONFIG_MEMCG-after
                            +192 text bytes
8965977 1784992 1785856 12536825 bf4bf9 vmlinux-CONFIG_MEMCG-before
8966750 1784992 1785856 12537598 bf4efe vmlinux-CONFIG_MEMCG-after
                            +773 text bytes

Performance tests run on v4.0-rc1-36-g4f671fe2f952.  Lower is better for
all metrics, they're all wall clock or cycle counts.  The read and write
fault benchmarks just measure fault time, they do not include I/O time.

* CONFIG_MEMCG not set:
                            baseline                              patched
  kbuild                 1m25.030000(+-0.088% 3 samples)       1m25.426667(+-0.120% 3 samples)
  dd write 100 MiB          0.859211561 +-15.10%                  0.874162885 +-15.03%
  dd write 200 MiB          1.670653105 +-17.87%                  1.669384764 +-11.99%
  dd write 1000 MiB         8.434691190 +-14.15%                  8.474733215 +-14.77%
  read fault cycles       254.0(+-0.000% 10 samples)            253.0(+-0.000% 10 samples)
  write fault cycles     2021.2(+-3.070% 10 samples)           1984.5(+-1.036% 10 samples)

* CONFIG_MEMCG=y root_memcg:
                            baseline                              patched
  kbuild                 1m25.716667(+-0.105% 3 samples)       1m25.686667(+-0.153% 3 samples)
  dd write 100 MiB          0.855650830 +-14.90%                  0.887557919 +-14.90%
  dd write 200 MiB          1.688322953 +-12.72%                  1.667682724 +-13.33%
  dd write 1000 MiB         8.418601605 +-14.30%                  8.673532299 +-15.00%
  read fault cycles       266.0(+-0.000% 10 samples)            266.0(+-0.000% 10 samples)
  write fault cycles     2051.7(+-1.349% 10 samples)           2049.6(+-1.686% 10 samples)

* CONFIG_MEMCG=y non-root_memcg:
                            baseline                              patched
  kbuild                 1m26.120000(+-0.273% 3 samples)       1m25.763333(+-0.127% 3 samples)
  dd write 100 MiB          0.861723964 +-15.25%                  0.818129350 +-14.82%
  dd write 200 MiB          1.669887569 +-13.30%                  1.698645885 +-13.27%
  dd write 1000 MiB         8.383191730 +-14.65%                  8.351742280 +-14.52%
  read fault cycles       265.7(+-0.172% 10 samples)            267.0(+-0.000% 10 samples)
  write fault cycles     2070.6(+-1.512% 10 samples)           2084.4(+-2.148% 10 samples)

As expected anon page faults are not affected by this patch.

tj: Updated to apply on top of the recent cancel_dirty_page() changes.

Signed-off-by: Sha Zhengju <handai.szj@gmail.com>
Signed-off-by: Greg Thelen <gthelen@google.com>
Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

page_writeback: revive cancel_dirty_page() in a restricted form

cancel_dirty_page() had some issues and b9ea25152e56 ("page_writeback:
clean up mess around cancel_dirty_page()") replaced it with
account_page_cleaned() which makes the caller responsible for clearing
the dirty bit; unfortunately, the planned changes for cgroup writeback
support requires synchronization between dirty bit manipulation and
stat updates.  While we can open-code such synchronization in each
account_page_cleaned() callsite, that's gonna be unnecessarily awkward
and verbose.

This patch revives cancel_dirty_page() but in a more restricted form.
All it does is TestClearPageDirty() followed by account_page_cleaned()
invocation if the page was dirty.  This helper covers all
account_page_cleaned() usages except for __delete_from_page_cache()
which is a special case anyway and left alone.  As this leaves no
module user for account_page_cleaned(), EXPORT_SYMBOL() is dropped
from it.

This patch just revives cancel_dirty_page() as a trivial wrapper to
replace equivalent usages and doesn't introduce any functional
changes.

Signed-off-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Cc: Konstantin Khlebnikov <khlebnikov@yandex-team.ru>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blk-mq: Shared tag enhancements

Storage controllers may expose multiple block devices that share hardware
resources managed by blk-mq. This patch enhances the shared tags so a
low-level driver can access the shared resources not tied to the unshared
h/w contexts. This way the LLD can dynamically add and delete disks and
request queues without having to track all the request_queue hctx's to
iterate outstanding tags.

Signed-off-by: Keith Busch <keith.busch@intel.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: don't honor chunk sizes for data-less IO

We don't need to honor chunk sizes for IO that doesn't carry any
data.

Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: only honor SG gap prevention for merges that contain data

We can safely merge anything that wont generate an SG list entry,
so if the bio is data-less (discard), don't look at potential
SG gaps.

Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: fix returnvar.cocci warnings

Remove unneeded variable used to store return value.

Generated by: scripts/coccinelle/misc/returnvar.cocci

Signed-off-by: Fengguang Wu <fengguang.wu@intel.com>
Signed-off-by: Julia Lawall <julia.lawall@lip6.fr>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block, dm: don't copy bios for request clones

Currently dm-multipath has to clone the bios for every request sent
to the lower devices, which wastes cpu cycles and ties down memory.

This patch instead adds a new REQ_CLONE flag that instructs req_bio_endio
to not complete bios attached to a request, which we set on clone
requests similar to bios in a flush sequence.  With this change I/O
errors on a path failure only get propagated to dm-multipath, which
can then either resubmit the I/O or complete the bios on the original
request.

I've done some basic testing of this on a Linux target with ALUA support,
and it survives path failures during I/O nicely.

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Mike Snitzer <snitzer@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: remove management of bi_remaining when restoring original bi_end_io

Commit c4cf5261 ("bio: skip atomic inc/dec of ->bi_remaining for
non-chains") regressed all existing callers that followed this pattern:
 1) saving a bio's original bi_end_io
 2) wiring up an intermediate bi_end_io
 3) restoring the original bi_end_io from intermediate bi_end_io
 4) calling bio_endio() to execute the restored original bi_end_io

The regression was due to BIO_CHAIN only ever getting set if
bio_inc_remaining() is called.  For the above pattern it isn't set until
step 3 above (step 2 would've needed to establish BIO_CHAIN).  As such
the first bio_endio(), in step 2 above, never decremented __bi_remaining
before calling the intermediate bi_end_io -- leaving __bi_remaining with
the value 1 instead of 0.  When bio_inc_remaining() occurred during step
3 it brought it to a value of 2.  When the second bio_endio() was
called, in step 4 above, it should've called the original bi_end_io but
it didn't because there was an extra reference that wasn't dropped (due
to atomic operations being optimized away since BIO_CHAIN wasn't set
upfront).

Fix this issue by removing the __bi_remaining management complexity for
all callers that use the above pattern -- bio_chain() is the only
interface that _needs_ to be concerned with __bi_remaining.  For the
above pattern callers just expect the bi_end_io they set to get called!
Remove bio_endio_nodec() and also remove all bio_inc_remaining() calls
that aren't associated with the bio_chain() interface.

Also, the bio_inc_remaining() interface has been moved local to bio.c.

Fixes: c4cf5261 ("bio: skip atomic inc/dec of ->bi_remaining for non-chains")
Reviewed-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Mike Snitzer <snitzer@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: replace trylock with mutex_lock in blkdev_reread_part()

The only possible problem of using mutex_lock() instead of trylock
is about deadlock.

If there aren't any locks held before calling blkdev_reread_part(),
deadlock can't be caused by this conversion.

If there are locks held before calling blkdev_reread_part(),
and if these locks arn't required in open, close handler and I/O
path, deadlock shouldn't be caused too.

Both user space's ioctl(BLKRRPART) and md_setup_drive() from
init/do_mounts_md.c belongs to the 1st case, so the conversion is safe
for the two cases.

For loop, the previous patches in this pathset has fixed the ABBA lock
dependency, so the conversion is OK.

For nbd, tx_lock is held when calling the function:

- both open and release won't hold the lock
- when blkdev_reread_part() is run, I/O thread has been stopped
already, so tx_lock won't be acquired in I/O path at that time.
- so the conversion won't cause deadlock for nbd

For dasd, both dasd_open(), dasd_release() and request function don't
acquire any mutex/semphone, so the conversion should be safe.

Reviewed-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Tested-by: Jarod Wilson <jarod@redhat.com>
Acked-by: Jarod Wilson <jarod@redhat.com>
Signed-off-by: Ming Lei <ming.lei@canonical.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: export blkdev_reread_part() and __blkdev_reread_part()

This patch exports blkdev_reread_part() for block drivers, also
introduce __blkdev_reread_part().

For some drivers, such as loop, reread of partitions can be run
from the release path, and bd_mutex may already be held prior to
calling ioctl_by_bdev(bdev, BLKRRPART, 0), so introduce
__blkdev_reread_part for use in such cases.

CC: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
CC: Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
CC: Tejun Heo <tj@kernel.org>
CC: Alexander Viro <viro@zeniv.linux.org.uk>
CC: Markus Pargmann <mpa@pengutronix.de>
CC: Stefan Weinhuber <wein@de.ibm.com>
CC: Stefan Haberland <stefan.haberland@de.ibm.com>
CC: Sebastian Ott <sebott@linux.vnet.ibm.com>
CC: Fabian Frederick <fabf@skynet.be>
CC: Ming Lei <ming.lei@canonical.com>
CC: David Herrmann <dh.herrmann@gmail.com>
CC: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
CC: Peter Zijlstra <peterz@infradead.org>
CC: nbd-general@lists.sourceforge.net
CC: linux-s390@vger.kernel.org
Reviewed-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jarod Wilson <jarod@redhat.com>
Signed-off-by: Ming Lei <ming.lei@canonical.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

suspend: simplify block I/O handling

Stop abusing struct page functionality and the swap end_io handler, and
instead add a modified version of the blk-lib.c bio_batch helpers.

Also move the block I/O code into swap.c as they are directly tied into
each other.

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Tested-by: Pavel Machek <pavel@ucw.cz>
Tested-by: Ming Lin <mlin@kernel.org>
Acked-by: Pavel Machek <pavel@ucw.cz>
Acked-by: Rafael J. Wysocki <rjw@rjwysocki.net>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: collapse bio bit space

Various previous patches removed bits and left holes, collapse them
all. Leave the reset start bit where it is, we don't need to change
that.

Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: remove unused BIO_RW_BLOCK and BIO_EOF flags

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Acked-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: remove BIO_EOPNOTSUPP

Since the big barrier rewrite/removal in 2007 we never fail FLUSH or
FUA requests, which means we can remove the magic BIO_EOPNOTSUPP flag
to help propagating those to the buffer_head layer.

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: Jeff Moyer <jmoyer@redhat.com>
Acked-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: use an atomic_t for mq_freeze_depth

lockdep gets unhappy about the not disabling irqs when using the queue_lock
around it.  Instead of trying to fix that up just switch to an atomic_t
and get rid of the lock.

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blk-mq: make plug work for mutiple disks and queues

Last patch makes plug work for multiple queue case. However it only
works for single disk case, because it assumes only one request in the
plug list. If a task is accessing multiple disks, eg MD/DM, the
assumption is wrong. Let blk_attempt_plug_merge() record request from
the same queue.

V2: use NULL parameter in !mq case. Fix a bug. Add comments in
blk_attempt_plug_merge to make it less (hopefully) confusion.

Cc: Jens Axboe <axboe@fb.com>
Cc: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fb.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blk-mq: do limited block plug for multiple queue case

plug is still helpful for workload with IO merge, but it can be harmful
otherwise especially with multiple hardware queues, as there is
(supposed) no lock contention in this case and plug can introduce
latency. For multiple queues, we do limited plug, eg plug only if there
is request merge. If a request doesn't have merge with following
request, the requet will be dispatched immediately.

V2: check blk_queue_nomerges() as suggested by Jeff.

Cc: Jens Axboe <axboe@fb.com>
Cc: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fb.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blk-mq: avoid re-initialize request which is failed in direct dispatch

If we directly issue a request and it fails, we use
blk_mq_merge_queue_io(). But we already assigned bio to a request in
blk_mq_bio_to_request. blk_mq_merge_queue_io shouldn't run
blk_mq_bio_to_request again.

Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fb.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blk-mq: fix plugging in blk_sq_make_request

The following appears in blk_sq_make_request:

/*
 * If we have multiple hardware queues, just go directly to
 * one of those for sync IO.
 */

We clearly don't have multiple hardware queues, here!  This comment was
introduced with this commit 07068d5b8e (blk-mq: split make request
handler for multi and single queue):

    We want slightly different behavior from them:

    - On single queue devices, we currently use the per-process plug
      for deferred IO and for merging.

    - On multi queue devices, we don't use the per-process plug, but
      we want to go straight to hardware for SYNC IO.

The old code had this:

        use_plug = !is_flush_fua && ((q->nr_hw_queues == 1) || !is_sync);

and that was converted to:

use_plug = !is_flush_fua && !is_sync;

which is not equivalent.  For the single queue case, that second half of
the && expression is always true.  So, what I think was actually inteded
follows (and this more closely matches what is done in blk_queue_bio).

V2: delete the 'likely', which should not be a big deal

Signed-off-by: Jeff Moyer <jmoyer@redhat.com>
Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fb.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

sched: always use blk_schedule_flush_plug in io_schedule_out

block plug callback could sleep, so we introduce a parameter
'from_schedule' and corresponding drivers can use it to destinguish a
schedule plug flush or a plug finish. Unfortunately io_schedule_out
still uses blk_flush_plug(). This causes below output (Note, I added a
might_sleep() in raid1_unplug to make it trigger faster, but the whole
thing doesn't matter if I add might_sleep). In raid1/10, this can cause
deadlock.

This patch makes io_schedule_out always uses blk_schedule_flush_plug.
This should only impact drivers (as far as I know, raid 1/10) which are
sensitive to the 'from_schedule' parameter.

[  370.817949] ------------[ cut here ]------------
[  370.817960] WARNING: CPU: 7 PID: 145 at ../kernel/sched/core.c:7306 __might_sleep+0x7f/0x90()
[  370.817969] do not call blocking ops when !TASK_RUNNING; state=2 set at [<ffffffff81092fcf>] prepare_to_wait+0x2f/0x90
[  370.817971] Modules linked in: raid1
[  370.817976] CPU: 7 PID: 145 Comm: kworker/u16:9 Tainted: G        W       4.0.0+ #361
[  370.817977] Hardware name: QEMU Standard PC (i440FX + PIIX, 1996), BIOS 1.7.5-20140709_153802- 04/01/2014
[  370.817983] Workqueue: writeback bdi_writeback_workfn (flush-9:1)
[  370.817985]  ffffffff81cd83be ffff8800ba8cb298 ffffffff819dd7af 0000000000000001
[  370.817988]  ffff8800ba8cb2e8 ffff8800ba8cb2d8 ffffffff81051afc ffff8800ba8cb2c8
[  370.817990]  ffffffffa00061a8 000000000000041e 0000000000000000 ffff8800ba8cba28
[  370.817993] Call Trace:
[  370.817999]  [<ffffffff819dd7af>] dump_stack+0x4f/0x7b
[  370.818002]  [<ffffffff81051afc>] warn_slowpath_common+0x8c/0xd0
[  370.818004]  [<ffffffff81051b86>] warn_slowpath_fmt+0x46/0x50
[  370.818006]  [<ffffffff81092fcf>] ? prepare_to_wait+0x2f/0x90
[  370.818008]  [<ffffffff81092fcf>] ? prepare_to_wait+0x2f/0x90
[  370.818010]  [<ffffffff810776ef>] __might_sleep+0x7f/0x90
[  370.818014]  [<ffffffffa0000c03>] raid1_unplug+0xd3/0x170 [raid1]
[  370.818024]  [<ffffffff81421d9a>] blk_flush_plug_list+0x8a/0x1e0
[  370.818028]  [<ffffffff819e3550>] ? bit_wait+0x50/0x50
[  370.818031]  [<ffffffff819e21b0>] io_schedule_timeout+0x130/0x140
[  370.818033]  [<ffffffff819e3586>] bit_wait_io+0x36/0x50
[  370.818034]  [<ffffffff819e31b5>] __wait_on_bit+0x65/0x90
[  370.818041]  [<ffffffff8125b67c>] ? ext4_read_block_bitmap_nowait+0xbc/0x630
[  370.818043]  [<ffffffff819e3550>] ? bit_wait+0x50/0x50
[  370.818045]  [<ffffffff819e3302>] out_of_line_wait_on_bit+0x72/0x80
[  370.818047]  [<ffffffff810935e0>] ? autoremove_wake_function+0x40/0x40
[  370.818050]  [<ffffffff811de744>] __wait_on_buffer+0x44/0x50
[  370.818053]  [<ffffffff8125ae80>] ext4_wait_block_bitmap+0xe0/0xf0
[  370.818058]  [<ffffffff812975d6>] ext4_mb_init_cache+0x206/0x790
[  370.818062]  [<ffffffff8114bc6c>] ? lru_cache_add+0x1c/0x50
[  370.818064]  [<ffffffff81297c7e>] ext4_mb_init_group+0x11e/0x200
[  370.818066]  [<ffffffff81298231>] ext4_mb_load_buddy+0x341/0x360
[  370.818068]  [<ffffffff8129a1a3>] ext4_mb_find_by_goal+0x93/0x2f0
[  370.818070]  [<ffffffff81295b54>] ? ext4_mb_normalize_request+0x1e4/0x5b0
[  370.818072]  [<ffffffff8129ab67>] ext4_mb_regular_allocator+0x67/0x460
[  370.818074]  [<ffffffff81295b54>] ? ext4_mb_normalize_request+0x1e4/0x5b0
[  370.818076]  [<ffffffff8129ca4b>] ext4_mb_new_blocks+0x4cb/0x620
[  370.818079]  [<ffffffff81290956>] ext4_ext_map_blocks+0x4c6/0x14d0
[  370.818081]  [<ffffffff812a4d4e>] ? ext4_es_lookup_extent+0x4e/0x290
[  370.818085]  [<ffffffff8126399d>] ext4_map_blocks+0x14d/0x4f0
[  370.818088]  [<ffffffff81266fbd>] ext4_writepages+0x76d/0xe50
[  370.818094]  [<ffffffff81149691>] do_writepages+0x21/0x50
[  370.818097]  [<ffffffff811d5c00>] __writeback_single_inode+0x60/0x490
[  370.818099]  [<ffffffff811d630a>] writeback_sb_inodes+0x2da/0x590
[  370.818103]  [<ffffffff811abf4b>] ? trylock_super+0x1b/0x50
[  370.818105]  [<ffffffff811abf4b>] ? trylock_super+0x1b/0x50
[  370.818107]  [<ffffffff811d665f>] __writeback_inodes_wb+0x9f/0xd0
[  370.818109]  [<ffffffff811d69db>] wb_writeback+0x34b/0x3c0
[  370.818111]  [<ffffffff811d70df>] bdi_writeback_workfn+0x23f/0x550
[  370.818116]  [<ffffffff8106bbd8>] process_one_work+0x1c8/0x570
[  370.818117]  [<ffffffff8106bb5b>] ? process_one_work+0x14b/0x570
[  370.818119]  [<ffffffff8106c09b>] worker_thread+0x11b/0x470
[  370.818121]  [<ffffffff8106bf80>] ? process_one_work+0x570/0x570
[  370.818124]  [<ffffffff81071868>] kthread+0xf8/0x110
[  370.818126]  [<ffffffff81071770>] ? kthread_create_on_node+0x210/0x210
[  370.818129]  [<ffffffff819e9322>] ret_from_fork+0x42/0x70
[  370.818131]  [<ffffffff81071770>] ? kthread_create_on_node+0x210/0x210
[  370.818132] ---[ end trace 7b4deb71e68b6605 ]---

V2: don't change ->in_iowait

Cc: NeilBrown <neilb@suse.de>
Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fb.com>
Reviewed-by: Jeff Moyer <jmoyer@redhat.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

blk: clean up plug

Current code looks like inner plug gets flushed with a
blk_finish_plug(). Actually it's a nop. All requests/callbacks are added
to current->plug, while only outmost plug is assigned to current->plug.
So inner plug always has empty request/callback list, which makes
blk_flush_plug_list() a nop. This tries to make the code more clear.

Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fb.com>
Reviewed-by: Jeff Moyer <jmoyer@redhat.com>
Reviewed-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

nbd: stop using req->cmd

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: move PM request support to IDE

This removes the request types and hacks from the block code and into the
old IDE driver.  There is a small amunt of code duplication due to this,
but it's not too bad.

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: remove REQ_TYPE_PM_SHUTDOWN

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: move REQ_TYPE_SENSE to the ide driver

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: move REQ_TYPE_ATA_TASKFILE and REQ_TYPE_ATA_PC to ide.h

These values are only used by the IDE driver, so move them into it
by allowing drivers to take cmd_type values after the first private
one.  Note that we have to turn cmd_type into a plain unsigned integer
so that gcc doesn't complain about mismatching enum types.

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

block: rename REQ_TYPE_SPECIAL to REQ_TYPE_DRV_PRIV

Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

bio: skip atomic inc/dec of ->bi_cnt for most use cases

Struct bio has a reference count that controls when it can be freed.
Most uses cases is allocating the bio, which then returns with a
single reference to it, doing IO, and then dropping that single
reference. We can remove this atomic_dec_and_test() in the completion
path, if nobody else is holding a reference to the bio.

If someone does call bio_get() on the bio, then we flag the bio as
now having valid count and that we must properly honor the reference
count when it's being put.

Tested-by: Robert Elliott <elliott@hp.com>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>

bio: skip atomic inc/dec of ->bi_remaining for non-chains

Struct bio has an atomic ref count for chained bio's, and we use this
to know when to end IO on the bio. However, most bio's are not chained,
so we don't need to always introduce this atomic operation as part of
ending IO.

Add a helper to elevate the bi_remaining count, and flag the bio as
now actually needing the decrement at end_io time. Rename the field
to __bi_remaining to catch any current users of this doing the
incrementing manually.

For high IOPS workloads, this reduces the overhead of bio_endio()
substantially.

Tested-by: Robert Elliott <elliott@hp.com>
Acked-by: Kent Overstreet <kent.overstreet@gmail.com>
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Jens Axboe <axboe@fb.com>