lustre/obdclass/lu_qos.c

   1 /*
   2  * GPL HEADER START
   3  *
   4  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
   5  *
   6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 only,
   8  * as published by the Free Software Foundation.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  11  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13  * General Public License version 2 for more details (a copy is included
  14  * in the LICENSE file that accompanied this code).
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * version 2 along with this program; If not, see
  18  * http://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html
  19  *
  20  * GPL HEADER END
  21  */
  22 /*
  23  * This file is part of Lustre, http://www.lustre.org/
  24  *
  25  * lustre/obdclass/lu_qos.c
  26  *
  27  * Lustre QoS.
  28  * These are the only exported functions, they provide some generic
  29  * infrastructure for object allocation QoS
  30  *
  31  */
  32
  33 #define DEBUG_SUBSYSTEM S_CLASS
  34
  35 #include <linux/module.h>
  36 #include <linux/list.h>
  37 #include <linux/random.h>
  38 #include <libcfs/libcfs.h>
  39 #include <libcfs/libcfs_hash.h> /* hash_long() */
  40 #include <libcfs/linux/linux-mem.h>
  41 #include <obd_class.h>
  42 #include <obd_support.h>
  43 #include <lustre_disk.h>
  44 #include <lustre_fid.h>
  45 #include <lu_object.h>
  46
  47 void lu_qos_rr_init(struct lu_qos_rr *lqr)
  48 {
  49         spin_lock_init(&lqr->lqr_alloc);
  50         lqr->lqr_dirty = 1;
  51 }
  52 EXPORT_SYMBOL(lu_qos_rr_init);
  53
  54 /**
  55  * Add a new target to Quality of Service (QoS) target table.
  56  *
  57  * Add a new MDT/OST target to the structure representing an OSS. Resort the
  58  * list of known MDSs/OSSs by the number of MDTs/OSTs attached to each MDS/OSS.
  59  * The MDS/OSS list is protected internally and no external locking is required.
  60  *
  61  * \param[in] qos               lu_qos data
  62  * \param[in] ltd               target description
  63  *
  64  * \retval 0                    on success
  65  * \retval -ENOMEM              on error
  66  */
  67 int lqos_add_tgt(struct lu_qos *qos, struct lu_tgt_desc *ltd)
  68 {
  69         struct lu_svr_qos *svr = NULL;
  70         struct lu_svr_qos *tempsvr;
  71         struct obd_export *exp = ltd->ltd_exp;
  72         int found = 0;
  73         __u32 id = 0;
  74         int rc = 0;
  75
  76         ENTRY;
  77
  78         down_write(&qos->lq_rw_sem);
  79         /*
  80          * a bit hacky approach to learn NID of corresponding connection
  81          * but there is no official API to access information like this
  82          * with OSD API.
  83          */
  84         list_for_each_entry(svr, &qos->lq_svr_list, lsq_svr_list) {
  85                 if (obd_uuid_equals(&svr->lsq_uuid,
  86                                     &exp->exp_connection->c_remote_uuid)) {
  87                         found++;
  88                         break;
  89                 }
  90                 if (svr->lsq_id > id)
  91                         id = svr->lsq_id;
  92         }
  93
  94         if (!found) {
  95                 OBD_ALLOC_PTR(svr);
  96                 if (!svr)
  97                         GOTO(out, rc = -ENOMEM);
  98                 memcpy(&svr->lsq_uuid, &exp->exp_connection->c_remote_uuid,
  99                        sizeof(svr->lsq_uuid));
 100                 ++id;
 101                 svr->lsq_id = id;
 102         } else {
 103                 /* Assume we have to move this one */
 104                 list_del(&svr->lsq_svr_list);
 105         }
 106
 107         svr->lsq_tgt_count++;
 108         ltd->ltd_qos.ltq_svr = svr;
 109
 110         CDEBUG(D_OTHER, "add tgt %s to server %s (%d targets)\n",
 111                obd_uuid2str(&ltd->ltd_uuid), obd_uuid2str(&svr->lsq_uuid),
 112                svr->lsq_tgt_count);
 113
 114         /*
 115          * Add sorted by # of tgts.  Find the first entry that we're
 116          * bigger than...
 117          */
 118         list_for_each_entry(tempsvr, &qos->lq_svr_list, lsq_svr_list) {
 119                 if (svr->lsq_tgt_count > tempsvr->lsq_tgt_count)
 120                         break;
 121         }
 122         /*
 123          * ...and add before it.  If we're the first or smallest, tempsvr
 124          * points to the list head, and we add to the end.
 125          */
 126         list_add_tail(&svr->lsq_svr_list, &tempsvr->lsq_svr_list);
 127
 128         qos->lq_dirty = 1;
 129         qos->lq_rr.lqr_dirty = 1;
 130
 131 out:
 132         up_write(&qos->lq_rw_sem);
 133         RETURN(rc);
 134 }
 135 EXPORT_SYMBOL(lqos_add_tgt);
 136
 137 /**
 138  * Remove MDT/OST target from QoS table.
 139  *
 140  * Removes given MDT/OST target from QoS table and releases related
 141  * MDS/OSS structure if no target remain on the MDS/OSS.
 142  *
 143  * \param[in] qos               lu_qos data
 144  * \param[in] ltd               target description
 145  *
 146  * \retval 0                    on success
 147  * \retval -ENOENT              if no server was found
 148  */
 149 int lqos_del_tgt(struct lu_qos *qos, struct lu_tgt_desc *ltd)
 150 {
 151         struct lu_svr_qos *svr;
 152         int rc = 0;
 153
 154         ENTRY;
 155
 156         down_write(&qos->lq_rw_sem);
 157         svr = ltd->ltd_qos.ltq_svr;
 158         if (!svr)
 159                 GOTO(out, rc = -ENOENT);
 160
 161         svr->lsq_tgt_count--;
 162         if (svr->lsq_tgt_count == 0) {
 163                 CDEBUG(D_OTHER, "removing server %s\n",
 164                        obd_uuid2str(&svr->lsq_uuid));
 165                 list_del(&svr->lsq_svr_list);
 166                 ltd->ltd_qos.ltq_svr = NULL;
 167                 OBD_FREE_PTR(svr);
 168         }
 169
 170         qos->lq_dirty = 1;
 171         qos->lq_rr.lqr_dirty = 1;
 172 out:
 173         up_write(&qos->lq_rw_sem);
 174         RETURN(rc);
 175 }
 176 EXPORT_SYMBOL(lqos_del_tgt);
 177
 178 /**
 179  * lu_prandom_u64_max - returns a pseudo-random u64 number in interval
 180  * [0, ep_ro)
 181  *
 182  * \param[in] ep_ro     right open interval endpoint
 183  *
 184  * \retval a pseudo-random 64-bit number that is in interval [0, ep_ro).
 185  */
 186 u64 lu_prandom_u64_max(u64 ep_ro)
 187 {
 188         u64 rand = 0;
 189
 190         if (ep_ro) {
 191 #if BITS_PER_LONG == 32
 192                 /*
 193                  * If ep_ro > 32-bit, first generate the high
 194                  * 32 bits of the random number, then add in the low
 195                  * 32 bits (truncated to the upper limit, if needed)
 196                  */
 197                 if (ep_ro > 0xffffffffULL)
 198                         rand = prandom_u32_max((u32)(ep_ro >> 32)) << 32;
 199
 200                 if (rand == (ep_ro & 0xffffffff00000000ULL))
 201                         rand |= prandom_u32_max((u32)ep_ro);
 202                 else
 203                         rand |= prandom_u32();
 204 #else
 205                 rand = ((u64)prandom_u32() << 32 | prandom_u32()) % ep_ro;
 206 #endif
 207         }
 208
 209         return rand;
 210 }
 211 EXPORT_SYMBOL(lu_prandom_u64_max);
 212
 213 static inline __u64 tgt_statfs_bavail(struct lu_tgt_desc *tgt)
 214 {
 215         struct obd_statfs *statfs = &tgt->ltd_statfs;
 216
 217         return statfs->os_bavail * statfs->os_bsize;
 218 }
 219
 220 static inline __u64 tgt_statfs_iavail(struct lu_tgt_desc *tgt)
 221 {
 222         return tgt->ltd_statfs.os_ffree;
 223 }
 224
 225 /**
 226  * Calculate penalties per-tgt and per-server
 227  *
 228  * Re-calculate penalties when the configuration changes, active targets
 229  * change and after statfs refresh (all these are reflected by lq_dirty flag).
 230  * On every tgt and server: decay the penalty by half for every 8x the update
 231  * interval that the device has been idle. That gives lots of time for the
 232  * statfs information to be updated (which the penalty is only a proxy for),
 233  * and avoids penalizing server/tgt under light load.
 234  * See lqos_calc_weight() for how penalties are factored into the weight.
 235  *
 236  * \param[in] qos               lu_qos
 237  * \param[in] ltd               lu_tgt_descs
 238  * \param[in] active_tgt_nr     active tgt number
 239  * \param[in] maxage            qos max age
 240  * \param[in] is_mdt            MDT will count inode usage
 241  *
 242  * \retval 0            on success
 243  * \retval -EAGAIN      the number of tgt isn't enough or all tgt spaces are
 244  *                      almost the same
 245  */
 246 int lqos_calc_penalties(struct lu_qos *qos, struct lu_tgt_descs *ltd,
 247                         __u32 active_tgt_nr, __u32 maxage, bool is_mdt)
 248 {
 249         struct lu_tgt_desc *tgt;
 250         struct lu_svr_qos *svr;
 251         __u64 ba_max, ba_min, ba;
 252         __u64 ia_max, ia_min, ia = 1;
 253         __u32 num_active;
 254         int prio_wide;
 255         time64_t now, age;
 256         int rc;
 257
 258         ENTRY;
 259
 260         if (!qos->lq_dirty)
 261                 GOTO(out, rc = 0);
 262
 263         num_active = active_tgt_nr - 1;
 264         if (num_active < 1)
 265                 GOTO(out, rc = -EAGAIN);
 266
 267         /* find bavail on each server */
 268         list_for_each_entry(svr, &qos->lq_svr_list, lsq_svr_list) {
 269                 svr->lsq_bavail = 0;
 270                 /* if inode is not counted, set to 1 to ignore */
 271                 svr->lsq_iavail = is_mdt ? 0 : 1;
 272         }
 273         qos->lq_active_svr_count = 0;
 274
 275         /*
 276          * How badly user wants to select targets "widely" (not recently chosen
 277          * and not on recent MDS's).  As opposed to "freely" (free space avail.)
 278          * 0-256
 279          */
 280         prio_wide = 256 - qos->lq_prio_free;
 281
 282         ba_min = (__u64)(-1);
 283         ba_max = 0;
 284         ia_min = (__u64)(-1);
 285         ia_max = 0;
 286         now = ktime_get_real_seconds();
 287
 288         /* Calculate server penalty per object */
 289         ltd_foreach_tgt(ltd, tgt) {
 290                 if (!tgt->ltd_active)
 291                         continue;
 292
 293                 /* when inode is counted, bavail >> 16 to avoid overflow */
 294                 ba = tgt_statfs_bavail(tgt);
 295                 if (is_mdt)
 296                         ba >>= 16;
 297                 else
 298                         ba >>= 8;
 299                 if (!ba)
 300                         continue;
 301
 302                 ba_min = min(ba, ba_min);
 303                 ba_max = max(ba, ba_max);
 304
 305                 /* Count the number of usable servers */
 306                 if (tgt->ltd_qos.ltq_svr->lsq_bavail == 0)
 307                         qos->lq_active_svr_count++;
 308                 tgt->ltd_qos.ltq_svr->lsq_bavail += ba;
 309
 310                 if (is_mdt) {
 311                         /* iavail >> 8 to avoid overflow */
 312                         ia = tgt_statfs_iavail(tgt) >> 8;
 313                         if (!ia)
 314                                 continue;
 315
 316                         ia_min = min(ia, ia_min);
 317                         ia_max = max(ia, ia_max);
 318
 319                         tgt->ltd_qos.ltq_svr->lsq_iavail += ia;
 320                 }
 321
 322                 /*
 323                  * per-tgt penalty is
 324                  * prio * bavail * iavail / (num_tgt - 1) / 2
 325                  */
 326                 tgt->ltd_qos.ltq_penalty_per_obj = prio_wide * ba * ia >> 8;
 327                 do_div(tgt->ltd_qos.ltq_penalty_per_obj, num_active);
 328                 tgt->ltd_qos.ltq_penalty_per_obj >>= 1;
 329
 330                 age = (now - tgt->ltd_qos.ltq_used) >> 3;
 331                 if (qos->lq_reset || age > 32 * maxage)
 332                         tgt->ltd_qos.ltq_penalty = 0;
 333                 else if (age > maxage)
 334                         /* Decay tgt penalty. */
 335                         tgt->ltd_qos.ltq_penalty >>= (age / maxage);
 336         }
 337
 338         num_active = qos->lq_active_svr_count - 1;
 339         if (num_active < 1) {
 340                 /*
 341                  * If there's only 1 server, we can't penalize it, so instead
 342                  * we have to double the tgt penalty
 343                  */
 344                 num_active = 1;
 345                 ltd_foreach_tgt(ltd, tgt) {
 346                         if (!tgt->ltd_active)
 347                                 continue;
 348
 349                         tgt->ltd_qos.ltq_penalty_per_obj <<= 1;
 350                 }
 351         }
 352
 353         /*
 354          * Per-server penalty is
 355          * prio * bavail * iavail / server_tgts / (num_svr - 1) / 2
 356          */
 357         list_for_each_entry(svr, &qos->lq_svr_list, lsq_svr_list) {
 358                 ba = svr->lsq_bavail;
 359                 ia = svr->lsq_iavail;
 360                 svr->lsq_penalty_per_obj = prio_wide * ba  * ia >> 8;
 361                 do_div(ba, svr->lsq_tgt_count * num_active);
 362                 svr->lsq_penalty_per_obj >>= 1;
 363
 364                 age = (now - svr->lsq_used) >> 3;
 365                 if (qos->lq_reset || age > 32 * maxage)
 366                         svr->lsq_penalty = 0;
 367                 else if (age > maxage)
 368                         /* Decay server penalty. */
 369                         svr->lsq_penalty >>= age / maxage;
 370         }
 371
 372         qos->lq_dirty = 0;
 373         qos->lq_reset = 0;
 374
 375         /*
 376          * If each tgt has almost same free space, do rr allocation for better
 377          * creation performance
 378          */
 379         qos->lq_same_space = 0;
 380         if ((ba_max * (256 - qos->lq_threshold_rr)) >> 8 < ba_min &&
 381             (ia_max * (256 - qos->lq_threshold_rr)) >> 8 < ia_min) {
 382                 qos->lq_same_space = 1;
 383                 /* Reset weights for the next time we enter qos mode */
 384                 qos->lq_reset = 1;
 385         }
 386         rc = 0;
 387
 388 out:
 389         if (!rc && qos->lq_same_space)
 390                 RETURN(-EAGAIN);
 391
 392         RETURN(rc);
 393 }
 394 EXPORT_SYMBOL(lqos_calc_penalties);
 395
 396 bool lqos_is_usable(struct lu_qos *qos, __u32 active_tgt_nr)
 397 {
 398         if (!qos->lq_dirty && qos->lq_same_space)
 399                 return false;
 400
 401         if (active_tgt_nr < 2)
 402                 return false;
 403
 404         return true;
 405 }
 406 EXPORT_SYMBOL(lqos_is_usable);
 407
 408 /**
 409  * Calculate weight for a given tgt.
 410  *
 411  * The final tgt weight is bavail >> 16 * iavail >> 8 minus the tgt and server
 412  * penalties.  See lqos_calc_ppts() for how penalties are calculated.
 413  *
 414  * \param[in] tgt       target descriptor
 415  */
 416 void lqos_calc_weight(struct lu_tgt_desc *tgt)
 417 {
 418         struct lu_tgt_qos *ltq = &tgt->ltd_qos;
 419         __u64 temp, temp2;
 420
 421         temp = (tgt_statfs_bavail(tgt) >> 16) * (tgt_statfs_iavail(tgt) >> 8);
 422         temp2 = ltq->ltq_penalty + ltq->ltq_svr->lsq_penalty;
 423         if (temp < temp2)
 424                 ltq->ltq_weight = 0;
 425         else
 426                 ltq->ltq_weight = temp - temp2;
 427 }
 428 EXPORT_SYMBOL(lqos_calc_weight);
 429
 430 /**
 431  * Re-calculate weights.
 432  *
 433  * The function is called when some target was used for a new object. In
 434  * this case we should re-calculate all the weights to keep new allocations
 435  * balanced well.
 436  *
 437  * \param[in] qos               lu_qos
 438  * \param[in] ltd               lu_tgt_descs
 439  * \param[in] tgt               target where a new object was placed
 440  * \param[in] active_tgt_nr     active tgt number
 441  * \param[out] total_wt new total weight for the pool
 442  *
 443  * \retval              0
 444  */
 445 int lqos_recalc_weight(struct lu_qos *qos, struct lu_tgt_descs *ltd,
 446                        struct lu_tgt_desc *tgt, __u32 active_tgt_nr,
 447                        __u64 *total_wt)
 448 {
 449         struct lu_tgt_qos *ltq;
 450         struct lu_svr_qos *svr;
 451
 452         ENTRY;
 453
 454         ltq = &tgt->ltd_qos;
 455         LASSERT(ltq);
 456
 457         /* Don't allocate on this device anymore, until the next alloc_qos */
 458         ltq->ltq_usable = 0;
 459
 460         svr = ltq->ltq_svr;
 461
 462         /*
 463          * Decay old penalty by half (we're adding max penalty, and don't
 464          * want it to run away.)
 465          */
 466         ltq->ltq_penalty >>= 1;
 467         svr->lsq_penalty >>= 1;
 468
 469         /* mark the server and tgt as recently used */
 470         ltq->ltq_used = svr->lsq_used = ktime_get_real_seconds();
 471
 472         /* Set max penalties for this tgt and server */
 473         ltq->ltq_penalty += ltq->ltq_penalty_per_obj * active_tgt_nr;
 474         svr->lsq_penalty += svr->lsq_penalty_per_obj * active_tgt_nr;
 475
 476         /* Decrease all MDS penalties */
 477         list_for_each_entry(svr, &qos->lq_svr_list, lsq_svr_list) {
 478                 if (svr->lsq_penalty < svr->lsq_penalty_per_obj)
 479                         svr->lsq_penalty = 0;
 480                 else
 481                         svr->lsq_penalty -= svr->lsq_penalty_per_obj;
 482         }
 483
 484         *total_wt = 0;
 485         /* Decrease all tgt penalties */
 486         ltd_foreach_tgt(ltd, tgt) {
 487                 if (!tgt->ltd_active)
 488                         continue;
 489
 490                 if (ltq->ltq_penalty < ltq->ltq_penalty_per_obj)
 491                         ltq->ltq_penalty = 0;
 492                 else
 493                         ltq->ltq_penalty -= ltq->ltq_penalty_per_obj;
 494
 495                 lqos_calc_weight(tgt);
 496
 497                 /* Recalc the total weight of usable osts */
 498                 if (ltq->ltq_usable)
 499                         *total_wt += ltq->ltq_weight;
 500
 501                 CDEBUG(D_OTHER, "recalc tgt %d usable=%d avail=%llu"
 502                           " tgtppo=%llu tgtp=%llu svrppo=%llu"
 503                           " svrp=%llu wt=%llu\n",
 504                           tgt->ltd_index, ltq->ltq_usable,
 505                           tgt_statfs_bavail(tgt) >> 10,
 506                           ltq->ltq_penalty_per_obj >> 10,
 507                           ltq->ltq_penalty >> 10,
 508                           ltq->ltq_svr->lsq_penalty_per_obj >> 10,
 509                           ltq->ltq_svr->lsq_penalty >> 10,
 510                           ltq->ltq_weight >> 10);
 511         }
 512
 513         RETURN(0);
 514 }
 515 EXPORT_SYMBOL(lqos_recalc_weight);