arch/x86/kernel/cpu/intel_rdt_monitor.c

   1 /*
   2  * Resource Director Technology(RDT)
   3  * - Monitoring code
   4  *
   5  * Copyright (C) 2017 Intel Corporation
   6  *
   7  * Author:
   8  *    Vikas Shivappa <vikas.shivappa@intel.com>
   9  *
  10  * This replaces the cqm.c based on perf but we reuse a lot of
  11  * code and datastructures originally from Peter Zijlstra and Matt Fleming.
  12  *
  13  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  14  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
  15  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
  18  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  19  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
  20  * more details.
  21  *
  22  * More information about RDT be found in the Intel (R) x86 Architecture
  23  * Software Developer Manual June 2016, volume 3, section 17.17.
  24  */
  25
  26 #include <linux/module.h>
  27 #include <linux/slab.h>
  28 #include <asm/cpu_device_id.h>
  29 #include "intel_rdt.h"
  30
  31 #define MSR_IA32_QM_CTR         0x0c8e
  32 #define MSR_IA32_QM_EVTSEL              0x0c8d
  33
  34 struct rmid_entry {
  35         u32                             rmid;
  36         int                             busy;
  37         struct list_head                list;
  38 };
  39
  40 /**
  41  * @rmid_free_lru    A least recently used list of free RMIDs
  42  *     These RMIDs are guaranteed to have an occupancy less than the
  43  *     threshold occupancy
  44  */
  45 static LIST_HEAD(rmid_free_lru);
  46
  47 /**
  48  * @rmid_limbo_count     count of currently unused but (potentially)
  49  *     dirty RMIDs.
  50  *     This counts RMIDs that no one is currently using but that
  51  *     may have a occupancy value > intel_cqm_threshold. User can change
  52  *     the threshold occupancy value.
  53  */
  54 static unsigned int rmid_limbo_count;
  55
  56 /**
  57  * @rmid_entry - The entry in the limbo and free lists.
  58  */
  59 static struct rmid_entry        *rmid_ptrs;
  60
  61 /*
  62  * Global boolean for rdt_monitor which is true if any
  63  * resource monitoring is enabled.
  64  */
  65 bool rdt_mon_capable;
  66
  67 /*
  68  * Global to indicate which monitoring events are enabled.
  69  */
  70 unsigned int rdt_mon_features;
  71
  72 /*
  73  * This is the threshold cache occupancy at which we will consider an
  74  * RMID available for re-allocation.
  75  */
  76 unsigned int intel_cqm_threshold;
  77
  78 static inline struct rmid_entry *__rmid_entry(u32 rmid)
  79 {
  80         struct rmid_entry *entry;
  81
  82         entry = &rmid_ptrs[rmid];
  83         WARN_ON(entry->rmid != rmid);
  84
  85         return entry;
  86 }
  87
  88 static u64 __rmid_read(u32 rmid, u32 eventid)
  89 {
  90         u64 val;
  91
  92         /*
  93          * As per the SDM, when IA32_QM_EVTSEL.EvtID (bits 7:0) is configured
  94          * with a valid event code for supported resource type and the bits
  95          * IA32_QM_EVTSEL.RMID (bits 41:32) are configured with valid RMID,
  96          * IA32_QM_CTR.data (bits 61:0) reports the monitored data.
  97          * IA32_QM_CTR.Error (bit 63) and IA32_QM_CTR.Unavailable (bit 62)
  98          * are error bits.
  99          */
 100         wrmsr(MSR_IA32_QM_EVTSEL, eventid, rmid);
 101         rdmsrl(MSR_IA32_QM_CTR, val);
 102
 103         return val;
 104 }
 105
 106 static bool rmid_dirty(struct rmid_entry *entry)
 107 {
 108         u64 val = __rmid_read(entry->rmid, QOS_L3_OCCUP_EVENT_ID);
 109
 110         return val >= intel_cqm_threshold;
 111 }
 112
 113 /*
 114  * Check the RMIDs that are marked as busy for this domain. If the
 115  * reported LLC occupancy is below the threshold clear the busy bit and
 116  * decrement the count. If the busy count gets to zero on an RMID, we
 117  * free the RMID
 118  */
 119 void __check_limbo(struct rdt_domain *d, bool force_free)
 120 {
 121         struct rmid_entry *entry;
 122         struct rdt_resource *r;
 123         u32 crmid = 1, nrmid;
 124
 125         r = &rdt_resources_all[RDT_RESOURCE_L3];
 126
 127         /*
 128          * Skip RMID 0 and start from RMID 1 and check all the RMIDs that
 129          * are marked as busy for occupancy < threshold. If the occupancy
 130          * is less than the threshold decrement the busy counter of the
 131          * RMID and move it to the free list when the counter reaches 0.
 132          */
 133         for (;;) {
 134                 nrmid = find_next_bit(d->rmid_busy_llc, r->num_rmid, crmid);
 135                 if (nrmid >= r->num_rmid)
 136                         break;
 137
 138                 entry = __rmid_entry(nrmid);
 139                 if (force_free || !rmid_dirty(entry)) {
 140                         clear_bit(entry->rmid, d->rmid_busy_llc);
 141                         if (!--entry->busy) {
 142                                 rmid_limbo_count--;
 143                                 list_add_tail(&entry->list, &rmid_free_lru);
 144                         }
 145                 }
 146                 crmid = nrmid + 1;
 147         }
 148 }
 149
 150 bool has_busy_rmid(struct rdt_resource *r, struct rdt_domain *d)
 151 {
 152         return find_first_bit(d->rmid_busy_llc, r->num_rmid) != r->num_rmid;
 153 }
 154
 155 /*
 156  * As of now the RMIDs allocation is global.
 157  * However we keep track of which packages the RMIDs
 158  * are used to optimize the limbo list management.
 159  */
 160 int alloc_rmid(void)
 161 {
 162         struct rmid_entry *entry;
 163
 164         lockdep_assert_held(&rdtgroup_mutex);
 165
 166         if (list_empty(&rmid_free_lru))
 167                 return rmid_limbo_count ? -EBUSY : -ENOSPC;
 168
 169         entry = list_first_entry(&rmid_free_lru,
 170                                  struct rmid_entry, list);
 171         list_del(&entry->list);
 172
 173         return entry->rmid;
 174 }
 175
 176 static void add_rmid_to_limbo(struct rmid_entry *entry)
 177 {
 178         struct rdt_resource *r;
 179         struct rdt_domain *d;
 180         int cpu;
 181         u64 val;
 182
 183         r = &rdt_resources_all[RDT_RESOURCE_L3];
 184
 185         entry->busy = 0;
 186         cpu = get_cpu();
 187         list_for_each_entry(d, &r->domains, list) {
 188                 if (cpumask_test_cpu(cpu, &d->cpu_mask)) {
 189                         val = __rmid_read(entry->rmid, QOS_L3_OCCUP_EVENT_ID);
 190                         if (val <= intel_cqm_threshold)
 191                                 continue;
 192                 }
 193
 194                 /*
 195                  * For the first limbo RMID in the domain,
 196                  * setup up the limbo worker.
 197                  */
 198                 if (!has_busy_rmid(r, d))
 199                         cqm_setup_limbo_handler(d, CQM_LIMBOCHECK_INTERVAL);
 200                 set_bit(entry->rmid, d->rmid_busy_llc);
 201                 entry->busy++;
 202         }
 203         put_cpu();
 204
 205         if (entry->busy)
 206                 rmid_limbo_count++;
 207         else
 208                 list_add_tail(&entry->list, &rmid_free_lru);
 209 }
 210
 211 void free_rmid(u32 rmid)
 212 {
 213         struct rmid_entry *entry;
 214
 215         if (!rmid)
 216                 return;
 217
 218         lockdep_assert_held(&rdtgroup_mutex);
 219
 220         entry = __rmid_entry(rmid);
 221
 222         if (is_llc_occupancy_enabled())
 223                 add_rmid_to_limbo(entry);
 224         else
 225                 list_add_tail(&entry->list, &rmid_free_lru);
 226 }
 227
 228 static u64 mbm_overflow_count(u64 prev_msr, u64 cur_msr)
 229 {
 230         u64 shift = 64 - MBM_CNTR_WIDTH, chunks;
 231
 232         chunks = (cur_msr << shift) - (prev_msr << shift);
 233         return chunks >>= shift;
 234 }
 235
 236 static int __mon_event_count(u32 rmid, struct rmid_read *rr)
 237 {
 238         struct mbm_state *m;
 239         u64 chunks, tval;
 240
 241         tval = __rmid_read(rmid, rr->evtid);
 242         if (tval & (RMID_VAL_ERROR | RMID_VAL_UNAVAIL)) {
 243                 rr->val = tval;
 244                 return -EINVAL;
 245         }
 246         switch (rr->evtid) {
 247         case QOS_L3_OCCUP_EVENT_ID:
 248                 rr->val += tval;
 249                 return 0;
 250         case QOS_L3_MBM_TOTAL_EVENT_ID:
 251                 m = &rr->d->mbm_total[rmid];
 252                 break;
 253         case QOS_L3_MBM_LOCAL_EVENT_ID:
 254                 m = &rr->d->mbm_local[rmid];
 255                 break;
 256         default:
 257                 /*
 258                  * Code would never reach here because
 259                  * an invalid event id would fail the __rmid_read.
 260                  */
 261                 return -EINVAL;
 262         }
 263
 264         if (rr->first) {
 265                 memset(m, 0, sizeof(struct mbm_state));
 266                 m->prev_bw_msr = m->prev_msr = tval;
 267                 return 0;
 268         }
 269
 270         chunks = mbm_overflow_count(m->prev_msr, tval);
 271         m->chunks += chunks;
 272         m->prev_msr = tval;
 273
 274         rr->val += m->chunks;
 275         return 0;
 276 }
 277
 278 /*
 279  * Supporting function to calculate the memory bandwidth
 280  * and delta bandwidth in MBps.
 281  */
 282 static void mbm_bw_count(u32 rmid, struct rmid_read *rr)
 283 {
 284         struct rdt_resource *r = &rdt_resources_all[RDT_RESOURCE_L3];
 285         struct mbm_state *m = &rr->d->mbm_local[rmid];
 286         u64 tval, cur_bw, chunks;
 287
 288         tval = __rmid_read(rmid, rr->evtid);
 289         if (tval & (RMID_VAL_ERROR | RMID_VAL_UNAVAIL))
 290                 return;
 291
 292         chunks = mbm_overflow_count(m->prev_bw_msr, tval);
 293         m->chunks_bw += chunks;
 294         m->chunks = m->chunks_bw;
 295         cur_bw = (chunks * r->mon_scale) >> 20;
 296
 297         if (m->delta_comp)
 298                 m->delta_bw = abs(cur_bw - m->prev_bw);
 299         m->delta_comp = false;
 300         m->prev_bw = cur_bw;
 301         m->prev_bw_msr = tval;
 302 }
 303
 304 /*
 305  * This is called via IPI to read the CQM/MBM counters
 306  * on a domain.
 307  */
 308 void mon_event_count(void *info)
 309 {
 310         struct rdtgroup *rdtgrp, *entry;
 311         struct rmid_read *rr = info;
 312         struct list_head *head;
 313
 314         rdtgrp = rr->rgrp;
 315
 316         if (__mon_event_count(rdtgrp->mon.rmid, rr))
 317                 return;
 318
 319         /*
 320          * For Ctrl groups read data from child monitor groups.
 321          */
 322         head = &rdtgrp->mon.crdtgrp_list;
 323
 324         if (rdtgrp->type == RDTCTRL_GROUP) {
 325                 list_for_each_entry(entry, head, mon.crdtgrp_list) {
 326                         if (__mon_event_count(entry->mon.rmid, rr))
 327                                 return;
 328                 }
 329         }
 330 }
 331
 332 static void mbm_update(struct rdt_domain *d, int rmid)
 333 {
 334         struct rmid_read rr;
 335
 336         rr.first = false;
 337         rr.d = d;
 338
 339         /*
 340          * This is protected from concurrent reads from user
 341          * as both the user and we hold the global mutex.
 342          */
 343         if (is_mbm_total_enabled()) {
 344                 rr.evtid = QOS_L3_MBM_TOTAL_EVENT_ID;
 345                 __mon_event_count(rmid, &rr);
 346         }
 347         if (is_mbm_local_enabled()) {
 348                 rr.evtid = QOS_L3_MBM_LOCAL_EVENT_ID;
 349                 __mon_event_count(rmid, &rr);
 350         }
 351 }
 352
 353 /*
 354  * Handler to scan the limbo list and move the RMIDs
 355  * to free list whose occupancy < threshold_occupancy.
 356  */
 357 void cqm_handle_limbo(struct work_struct *work)
 358 {
 359         unsigned long delay = msecs_to_jiffies(CQM_LIMBOCHECK_INTERVAL);
 360         int cpu = smp_processor_id();
 361         struct rdt_resource *r;
 362         struct rdt_domain *d;
 363
 364         mutex_lock(&rdtgroup_mutex);
 365
 366         r = &rdt_resources_all[RDT_RESOURCE_L3];
 367         d = get_domain_from_cpu(cpu, r);
 368
 369         if (!d) {
 370                 pr_warn_once("Failure to get domain for limbo worker\n");
 371                 goto out_unlock;
 372         }
 373
 374         __check_limbo(d, false);
 375
 376         if (has_busy_rmid(r, d))
 377                 schedule_delayed_work_on(cpu, &d->cqm_limbo, delay);
 378
 379 out_unlock:
 380         mutex_unlock(&rdtgroup_mutex);
 381 }
 382
 383 void cqm_setup_limbo_handler(struct rdt_domain *dom, unsigned long delay_ms)
 384 {
 385         unsigned long delay = msecs_to_jiffies(delay_ms);
 386         struct rdt_resource *r;
 387         int cpu;
 388
 389         r = &rdt_resources_all[RDT_RESOURCE_L3];
 390
 391         cpu = cpumask_any(&dom->cpu_mask);
 392         dom->cqm_work_cpu = cpu;
 393
 394         schedule_delayed_work_on(cpu, &dom->cqm_limbo, delay);
 395 }
 396
 397 void mbm_handle_overflow(struct work_struct *work)
 398 {
 399         unsigned long delay = msecs_to_jiffies(MBM_OVERFLOW_INTERVAL);
 400         struct rdtgroup *prgrp, *crgrp;
 401         int cpu = smp_processor_id();
 402         struct list_head *head;
 403         struct rdt_domain *d;
 404
 405         mutex_lock(&rdtgroup_mutex);
 406
 407         if (!static_branch_likely(&rdt_enable_key))
 408                 goto out_unlock;
 409
 410         d = get_domain_from_cpu(cpu, &rdt_resources_all[RDT_RESOURCE_L3]);
 411         if (!d)
 412                 goto out_unlock;
 413
 414         list_for_each_entry(prgrp, &rdt_all_groups, rdtgroup_list) {
 415                 mbm_update(d, prgrp->mon.rmid);
 416
 417                 head = &prgrp->mon.crdtgrp_list;
 418                 list_for_each_entry(crgrp, head, mon.crdtgrp_list)
 419                         mbm_update(d, crgrp->mon.rmid);
 420         }
 421
 422         schedule_delayed_work_on(cpu, &d->mbm_over, delay);
 423
 424 out_unlock:
 425         mutex_unlock(&rdtgroup_mutex);
 426 }
 427
 428 void mbm_setup_overflow_handler(struct rdt_domain *dom, unsigned long delay_ms)
 429 {
 430         unsigned long delay = msecs_to_jiffies(delay_ms);
 431         int cpu;
 432
 433         if (!static_branch_likely(&rdt_enable_key))
 434                 return;
 435         cpu = cpumask_any(&dom->cpu_mask);
 436         dom->mbm_work_cpu = cpu;
 437         schedule_delayed_work_on(cpu, &dom->mbm_over, delay);
 438 }
 439
 440 static int dom_data_init(struct rdt_resource *r)
 441 {
 442         struct rmid_entry *entry = NULL;
 443         int i, nr_rmids;
 444
 445         nr_rmids = r->num_rmid;
 446         rmid_ptrs = kcalloc(nr_rmids, sizeof(struct rmid_entry), GFP_KERNEL);
 447         if (!rmid_ptrs)
 448                 return -ENOMEM;
 449
 450         for (i = 0; i < nr_rmids; i++) {
 451                 entry = &rmid_ptrs[i];
 452                 INIT_LIST_HEAD(&entry->list);
 453
 454                 entry->rmid = i;
 455                 list_add_tail(&entry->list, &rmid_free_lru);
 456         }
 457
 458         /*
 459          * RMID 0 is special and is always allocated. It's used for all
 460          * tasks that are not monitored.
 461          */
 462         entry = __rmid_entry(0);
 463         list_del(&entry->list);
 464
 465         return 0;
 466 }
 467
 468 static struct mon_evt llc_occupancy_event = {
 469         .name           = "llc_occupancy",
 470         .evtid          = QOS_L3_OCCUP_EVENT_ID,
 471 };
 472
 473 static struct mon_evt mbm_total_event = {
 474         .name           = "mbm_total_bytes",
 475         .evtid          = QOS_L3_MBM_TOTAL_EVENT_ID,
 476 };
 477
 478 static struct mon_evt mbm_local_event = {
 479         .name           = "mbm_local_bytes",
 480         .evtid          = QOS_L3_MBM_LOCAL_EVENT_ID,
 481 };
 482
 483 /*
 484  * Initialize the event list for the resource.
 485  *
 486  * Note that MBM events are also part of RDT_RESOURCE_L3 resource
 487  * because as per the SDM the total and local memory bandwidth
 488  * are enumerated as part of L3 monitoring.
 489  */
 490 static void l3_mon_evt_init(struct rdt_resource *r)
 491 {
 492         INIT_LIST_HEAD(&r->evt_list);
 493
 494         if (is_llc_occupancy_enabled())
 495                 list_add_tail(&llc_occupancy_event.list, &r->evt_list);
 496         if (is_mbm_total_enabled())
 497                 list_add_tail(&mbm_total_event.list, &r->evt_list);
 498         if (is_mbm_local_enabled())
 499                 list_add_tail(&mbm_local_event.list, &r->evt_list);
 500 }
 501
 502 int rdt_get_mon_l3_config(struct rdt_resource *r)
 503 {
 504         int ret;
 505
 506         r->mon_scale = boot_cpu_data.x86_cache_occ_scale;
 507         r->num_rmid = boot_cpu_data.x86_cache_max_rmid + 1;
 508
 509         /*
 510          * A reasonable upper limit on the max threshold is the number
 511          * of lines tagged per RMID if all RMIDs have the same number of
 512          * lines tagged in the LLC.
 513          *
 514          * For a 35MB LLC and 56 RMIDs, this is ~1.8% of the LLC.
 515          */
 516         intel_cqm_threshold = boot_cpu_data.x86_cache_size * 1024 / r->num_rmid;
 517
 518         /* h/w works in units of "boot_cpu_data.x86_cache_occ_scale" */
 519         intel_cqm_threshold /= r->mon_scale;
 520
 521         ret = dom_data_init(r);
 522         if (ret)
 523                 return ret;
 524
 525         l3_mon_evt_init(r);
 526
 527         r->mon_capable = true;
 528         r->mon_enabled = true;
 529
 530         return 0;
 531 }