Create a dynamically sized pool of threads for doing very slow work items
[safe/jmp/linux-2.6] / kernel / slow-work.c
1 /* Worker thread pool for slow items, such as filesystem lookups or mkdirs
2  *
3  * Copyright (C) 2008 Red Hat, Inc. All Rights Reserved.
4  * Written by David Howells (dhowells@redhat.com)
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU General Public Licence
8  * as published by the Free Software Foundation; either version
9  * 2 of the Licence, or (at your option) any later version.
10  */
11
12 #include <linux/module.h>
13 #include <linux/slow-work.h>
14 #include <linux/kthread.h>
15 #include <linux/freezer.h>
16 #include <linux/wait.h>
17 #include <asm/system.h>
18
19 /*
20  * The pool of threads has at least min threads in it as long as someone is
21  * using the facility, and may have as many as max.
22  *
23  * A portion of the pool may be processing very slow operations.
24  */
25 static unsigned slow_work_min_threads = 2;
26 static unsigned slow_work_max_threads = 4;
27 static unsigned vslow_work_proportion = 50; /* % of threads that may process
28                                              * very slow work */
29 static atomic_t slow_work_thread_count;
30 static atomic_t vslow_work_executing_count;
31
32 /*
33  * The queues of work items and the lock governing access to them.  These are
34  * shared between all the CPUs.  It doesn't make sense to have per-CPU queues
35  * as the number of threads bears no relation to the number of CPUs.
36  *
37  * There are two queues of work items: one for slow work items, and one for
38  * very slow work items.
39  */
40 static LIST_HEAD(slow_work_queue);
41 static LIST_HEAD(vslow_work_queue);
42 static DEFINE_SPINLOCK(slow_work_queue_lock);
43
44 /*
45  * The thread controls.  A variable used to signal to the threads that they
46  * should exit when the queue is empty, a waitqueue used by the threads to wait
47  * for signals, and a completion set by the last thread to exit.
48  */
49 static bool slow_work_threads_should_exit;
50 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(slow_work_thread_wq);
51 static DECLARE_COMPLETION(slow_work_last_thread_exited);
52
53 /*
54  * The number of users of the thread pool and its lock.  Whilst this is zero we
55  * have no threads hanging around, and when this reaches zero, we wait for all
56  * active or queued work items to complete and kill all the threads we do have.
57  */
58 static int slow_work_user_count;
59 static DEFINE_MUTEX(slow_work_user_lock);
60
61 /*
62  * Calculate the maximum number of active threads in the pool that are
63  * permitted to process very slow work items.
64  *
65  * The answer is rounded up to at least 1, but may not equal or exceed the
66  * maximum number of the threads in the pool.  This means we always have at
67  * least one thread that can process slow work items, and we always have at
68  * least one thread that won't get tied up doing so.
69  */
70 static unsigned slow_work_calc_vsmax(void)
71 {
72         unsigned vsmax;
73
74         vsmax = atomic_read(&slow_work_thread_count) * vslow_work_proportion;
75         vsmax /= 100;
76         vsmax = max(vsmax, 1U);
77         return min(vsmax, slow_work_max_threads - 1);
78 }
79
80 /*
81  * Attempt to execute stuff queued on a slow thread.  Return true if we managed
82  * it, false if there was nothing to do.
83  */
84 static bool slow_work_execute(void)
85 {
86         struct slow_work *work = NULL;
87         unsigned vsmax;
88         bool very_slow;
89
90         vsmax = slow_work_calc_vsmax();
91
92         /* find something to execute */
93         spin_lock_irq(&slow_work_queue_lock);
94         if (!list_empty(&vslow_work_queue) &&
95             atomic_read(&vslow_work_executing_count) < vsmax) {
96                 work = list_entry(vslow_work_queue.next,
97                                   struct slow_work, link);
98                 if (test_and_set_bit_lock(SLOW_WORK_EXECUTING, &work->flags))
99                         BUG();
100                 list_del_init(&work->link);
101                 atomic_inc(&vslow_work_executing_count);
102                 very_slow = true;
103         } else if (!list_empty(&slow_work_queue)) {
104                 work = list_entry(slow_work_queue.next,
105                                   struct slow_work, link);
106                 if (test_and_set_bit_lock(SLOW_WORK_EXECUTING, &work->flags))
107                         BUG();
108                 list_del_init(&work->link);
109                 very_slow = false;
110         } else {
111                 very_slow = false; /* avoid the compiler warning */
112         }
113         spin_unlock_irq(&slow_work_queue_lock);
114
115         if (!work)
116                 return false;
117
118         if (!test_and_clear_bit(SLOW_WORK_PENDING, &work->flags))
119                 BUG();
120
121         work->ops->execute(work);
122
123         if (very_slow)
124                 atomic_dec(&vslow_work_executing_count);
125         clear_bit_unlock(SLOW_WORK_EXECUTING, &work->flags);
126
127         /* if someone tried to enqueue the item whilst we were executing it,
128          * then it'll be left unenqueued to avoid multiple threads trying to
129          * execute it simultaneously
130          *
131          * there is, however, a race between us testing the pending flag and
132          * getting the spinlock, and between the enqueuer setting the pending
133          * flag and getting the spinlock, so we use a deferral bit to tell us
134          * if the enqueuer got there first
135          */
136         if (test_bit(SLOW_WORK_PENDING, &work->flags)) {
137                 spin_lock_irq(&slow_work_queue_lock);
138
139                 if (!test_bit(SLOW_WORK_EXECUTING, &work->flags) &&
140                     test_and_clear_bit(SLOW_WORK_ENQ_DEFERRED, &work->flags))
141                         goto auto_requeue;
142
143                 spin_unlock_irq(&slow_work_queue_lock);
144         }
145
146         work->ops->put_ref(work);
147         return true;
148
149 auto_requeue:
150         /* we must complete the enqueue operation
151          * - we transfer our ref on the item back to the appropriate queue
152          * - don't wake another thread up as we're awake already
153          */
154         if (test_bit(SLOW_WORK_VERY_SLOW, &work->flags))
155                 list_add_tail(&work->link, &vslow_work_queue);
156         else
157                 list_add_tail(&work->link, &slow_work_queue);
158         spin_unlock_irq(&slow_work_queue_lock);
159         return true;
160 }
161
162 /**
163  * slow_work_enqueue - Schedule a slow work item for processing
164  * @work: The work item to queue
165  *
166  * Schedule a slow work item for processing.  If the item is already undergoing
167  * execution, this guarantees not to re-enter the execution routine until the
168  * first execution finishes.
169  *
170  * The item is pinned by this function as it retains a reference to it, managed
171  * through the item operations.  The item is unpinned once it has been
172  * executed.
173  *
174  * An item may hog the thread that is running it for a relatively large amount
175  * of time, sufficient, for example, to perform several lookup, mkdir, create
176  * and setxattr operations.  It may sleep on I/O and may sleep to obtain locks.
177  *
178  * Conversely, if a number of items are awaiting processing, it may take some
179  * time before any given item is given attention.  The number of threads in the
180  * pool may be increased to deal with demand, but only up to a limit.
181  *
182  * If SLOW_WORK_VERY_SLOW is set on the work item, then it will be placed in
183  * the very slow queue, from which only a portion of the threads will be
184  * allowed to pick items to execute.  This ensures that very slow items won't
185  * overly block ones that are just ordinarily slow.
186  *
187  * Returns 0 if successful, -EAGAIN if not.
188  */
189 int slow_work_enqueue(struct slow_work *work)
190 {
191         unsigned long flags;
192
193         BUG_ON(slow_work_user_count <= 0);
194         BUG_ON(!work);
195         BUG_ON(!work->ops);
196         BUG_ON(!work->ops->get_ref);
197
198         /* when honouring an enqueue request, we only promise that we will run
199          * the work function in the future; we do not promise to run it once
200          * per enqueue request
201          *
202          * we use the PENDING bit to merge together repeat requests without
203          * having to disable IRQs and take the spinlock, whilst still
204          * maintaining our promise
205          */
206         if (!test_and_set_bit_lock(SLOW_WORK_PENDING, &work->flags)) {
207                 spin_lock_irqsave(&slow_work_queue_lock, flags);
208
209                 /* we promise that we will not attempt to execute the work
210                  * function in more than one thread simultaneously
211                  *
212                  * this, however, leaves us with a problem if we're asked to
213                  * enqueue the work whilst someone is executing the work
214                  * function as simply queueing the work immediately means that
215                  * another thread may try executing it whilst it is already
216                  * under execution
217                  *
218                  * to deal with this, we set the ENQ_DEFERRED bit instead of
219                  * enqueueing, and the thread currently executing the work
220                  * function will enqueue the work item when the work function
221                  * returns and it has cleared the EXECUTING bit
222                  */
223                 if (test_bit(SLOW_WORK_EXECUTING, &work->flags)) {
224                         set_bit(SLOW_WORK_ENQ_DEFERRED, &work->flags);
225                 } else {
226                         if (work->ops->get_ref(work) < 0)
227                                 goto cant_get_ref;
228                         if (test_bit(SLOW_WORK_VERY_SLOW, &work->flags))
229                                 list_add_tail(&work->link, &vslow_work_queue);
230                         else
231                                 list_add_tail(&work->link, &slow_work_queue);
232                         wake_up(&slow_work_thread_wq);
233                 }
234
235                 spin_unlock_irqrestore(&slow_work_queue_lock, flags);
236         }
237         return 0;
238
239 cant_get_ref:
240         spin_unlock_irqrestore(&slow_work_queue_lock, flags);
241         return -EAGAIN;
242 }
243 EXPORT_SYMBOL(slow_work_enqueue);
244
245 /*
246  * Determine if there is slow work available for dispatch
247  */
248 static inline bool slow_work_available(int vsmax)
249 {
250         return !list_empty(&slow_work_queue) ||
251                 (!list_empty(&vslow_work_queue) &&
252                  atomic_read(&vslow_work_executing_count) < vsmax);
253 }
254
255 /*
256  * Worker thread dispatcher
257  */
258 static int slow_work_thread(void *_data)
259 {
260         int vsmax;
261
262         DEFINE_WAIT(wait);
263
264         set_freezable();
265         set_user_nice(current, -5);
266
267         for (;;) {
268                 vsmax = vslow_work_proportion;
269                 vsmax *= atomic_read(&slow_work_thread_count);
270                 vsmax /= 100;
271
272                 prepare_to_wait(&slow_work_thread_wq, &wait,
273                                 TASK_INTERRUPTIBLE);
274                 if (!freezing(current) &&
275                     !slow_work_threads_should_exit &&
276                     !slow_work_available(vsmax))
277                         schedule();
278                 finish_wait(&slow_work_thread_wq, &wait);
279
280                 try_to_freeze();
281
282                 vsmax = vslow_work_proportion;
283                 vsmax *= atomic_read(&slow_work_thread_count);
284                 vsmax /= 100;
285
286                 if (slow_work_available(vsmax) && slow_work_execute()) {
287                         cond_resched();
288                         continue;
289                 }
290
291                 if (slow_work_threads_should_exit)
292                         break;
293         }
294
295         if (atomic_dec_and_test(&slow_work_thread_count))
296                 complete_and_exit(&slow_work_last_thread_exited, 0);
297         return 0;
298 }
299
300 /**
301  * slow_work_register_user - Register a user of the facility
302  *
303  * Register a user of the facility, starting up the initial threads if there
304  * aren't any other users at this point.  This will return 0 if successful, or
305  * an error if not.
306  */
307 int slow_work_register_user(void)
308 {
309         struct task_struct *p;
310         int loop;
311
312         mutex_lock(&slow_work_user_lock);
313
314         if (slow_work_user_count == 0) {
315                 printk(KERN_NOTICE "Slow work thread pool: Starting up\n");
316                 init_completion(&slow_work_last_thread_exited);
317
318                 slow_work_threads_should_exit = false;
319
320                 /* start the minimum number of threads */
321                 for (loop = 0; loop < slow_work_min_threads; loop++) {
322                         atomic_inc(&slow_work_thread_count);
323                         p = kthread_run(slow_work_thread, NULL, "kslowd");
324                         if (IS_ERR(p))
325                                 goto error;
326                 }
327                 printk(KERN_NOTICE "Slow work thread pool: Ready\n");
328         }
329
330         slow_work_user_count++;
331         mutex_unlock(&slow_work_user_lock);
332         return 0;
333
334 error:
335         if (atomic_dec_and_test(&slow_work_thread_count))
336                 complete(&slow_work_last_thread_exited);
337         if (loop > 0) {
338                 printk(KERN_ERR "Slow work thread pool:"
339                        " Aborting startup on ENOMEM\n");
340                 slow_work_threads_should_exit = true;
341                 wake_up_all(&slow_work_thread_wq);
342                 wait_for_completion(&slow_work_last_thread_exited);
343                 printk(KERN_ERR "Slow work thread pool: Aborted\n");
344         }
345         mutex_unlock(&slow_work_user_lock);
346         return PTR_ERR(p);
347 }
348 EXPORT_SYMBOL(slow_work_register_user);
349
350 /**
351  * slow_work_unregister_user - Unregister a user of the facility
352  *
353  * Unregister a user of the facility, killing all the threads if this was the
354  * last one.
355  */
356 void slow_work_unregister_user(void)
357 {
358         mutex_lock(&slow_work_user_lock);
359
360         BUG_ON(slow_work_user_count <= 0);
361
362         slow_work_user_count--;
363         if (slow_work_user_count == 0) {
364                 printk(KERN_NOTICE "Slow work thread pool: Shutting down\n");
365                 slow_work_threads_should_exit = true;
366                 wake_up_all(&slow_work_thread_wq);
367                 wait_for_completion(&slow_work_last_thread_exited);
368                 printk(KERN_NOTICE "Slow work thread pool:"
369                        " Shut down complete\n");
370         }
371
372         mutex_unlock(&slow_work_user_lock);
373 }
374 EXPORT_SYMBOL(slow_work_unregister_user);
375
376 /*
377  * Initialise the slow work facility
378  */
379 static int __init init_slow_work(void)
380 {
381         unsigned nr_cpus = num_possible_cpus();
382
383         if (nr_cpus > slow_work_max_threads)
384                 slow_work_max_threads = nr_cpus;
385         return 0;
386 }
387
388 subsys_initcall(init_slow_work);