1 /*
2  *  Floating proportions with flexible aging period
3  *
4  *   Copyright (C) 2011, SUSE, Jan Kara <jack@suse.cz>
5  *
6  * The goal of this code is: Given different types of event, measure proportion
7  * of each type of event over time. The proportions are measured with
8  * exponentially decaying history to give smooth transitions. A formula
9  * expressing proportion of event of type 'j' is:
10  *
11  *   p_{j} = (\Sum_{i>=0} x_{i,j}/2^{i+1})/(\Sum_{i>=0} x_i/2^{i+1})
12  *
13  * Where x_{i,j} is j's number of events in i-th last time period and x_i is
14  * total number of events in i-th last time period.
15  *
16  * Note that p_{j}'s are normalised, i.e.
17  *
18  *   \Sum_{j} p_{j} = 1,
19  *
20  * This formula can be straightforwardly computed by maintaing denominator
21  * (let's call it 'd') and for each event type its numerator (let's call it
22  * 'n_j'). When an event of type 'j' happens, we simply need to do:
23  *   n_j++; d++;
24  *
25  * When a new period is declared, we could do:
26  *   d /= 2
27  *   for each j
28  *     n_j /= 2
29  *
30  * To avoid iteration over all event types, we instead shift numerator of event
31  * j lazily when someone asks for a proportion of event j or when event j
32  * occurs. This can bit trivially implemented by remembering last period in
33  * which something happened with proportion of type j.
34  */
35 #include <linux/flex_proportions.h>
37 int fprop_global_init(struct fprop_global *p)
38 {
39         int err;
41         p->period = 0;
42         /* Use 1 to avoid dealing with periods with 0 events... */
43         err = percpu_counter_init(&p->events, 1);
44         if (err)
45                 return err;
46         seqcount_init(&p->sequence);
47         return 0;
48 }
50 void fprop_global_destroy(struct fprop_global *p)
51 {
52         percpu_counter_destroy(&p->events);
53 }
55 /*
56  * Declare @periods new periods. It is upto the caller to make sure period
57  * transitions cannot happen in parallel.
58  *
59  * The function returns true if the proportions are still defined and false
60  * if aging zeroed out all events. This can be used to detect whether declaring
61  * further periods has any effect.
62  */
63 bool fprop_new_period(struct fprop_global *p, int periods)
64 {
65         s64 events;
66         unsigned long flags;
68         local_irq_save(flags);
69         events = percpu_counter_sum(&p->events);
70         /*
71          * Don't do anything if there are no events.
72          */
73         if (events <= 1) {
74                 local_irq_restore(flags);
75                 return false;
76         }
77         write_seqcount_begin(&p->sequence);
78         if (periods < 64)
79                 events -= events >> periods;
80         /* Use addition to avoid losing events happening between sum and set */
82         p->period += periods;
83         write_seqcount_end(&p->sequence);
84         local_irq_restore(flags);
86         return true;
87 }
89 /*
90  * ---- SINGLE ----
91  */
93 int fprop_local_init_single(struct fprop_local_single *pl)
94 {
95         pl->events = 0;
96         pl->period = 0;
97         raw_spin_lock_init(&pl->lock);
98         return 0;
99 }
101 void fprop_local_destroy_single(struct fprop_local_single *pl)
102 {
103 }
105 static void fprop_reflect_period_single(struct fprop_global *p,
106                                         struct fprop_local_single *pl)
107 {
108         unsigned int period = p->period;
109         unsigned long flags;
111         /* Fast path - period didn't change */
112         if (pl->period == period)
113                 return;
114         raw_spin_lock_irqsave(&pl->lock, flags);
115         /* Someone updated pl->period while we were spinning? */
116         if (pl->period >= period) {
117                 raw_spin_unlock_irqrestore(&pl->lock, flags);
118                 return;
119         }
120         /* Aging zeroed our fraction? */
121         if (period - pl->period < BITS_PER_LONG)
122                 pl->events >>= period - pl->period;
123         else
124                 pl->events = 0;
125         pl->period = period;
126         raw_spin_unlock_irqrestore(&pl->lock, flags);
127 }
129 /* Event of type pl happened */
130 void __fprop_inc_single(struct fprop_global *p, struct fprop_local_single *pl)
131 {
132         fprop_reflect_period_single(p, pl);
133         pl->events++;
135 }
137 /* Return fraction of events of type pl */
138 void fprop_fraction_single(struct fprop_global *p,
139                            struct fprop_local_single *pl,
140                            unsigned long *numerator, unsigned long *denominator)
141 {
142         unsigned int seq;
143         s64 num, den;
145         do {
147                 fprop_reflect_period_single(p, pl);
148                 num = pl->events;
152         /*
153          * Make fraction <= 1 and denominator > 0 even in presence of percpu
154          * counter errors
155          */
156         if (den <= num) {
157                 if (num)
158                         den = num;
159                 else
160                         den = 1;
161         }
162         *denominator = den;
163         *numerator = num;
164 }
166 /*
167  * ---- PERCPU ----
168  */
169 #define PROP_BATCH (8*(1+ilog2(nr_cpu_ids)))
171 int fprop_local_init_percpu(struct fprop_local_percpu *pl)
172 {
173         int err;
175         err = percpu_counter_init(&pl->events, 0);
176         if (err)
177                 return err;
178         pl->period = 0;
179         raw_spin_lock_init(&pl->lock);
180         return 0;
181 }
183 void fprop_local_destroy_percpu(struct fprop_local_percpu *pl)
184 {
185         percpu_counter_destroy(&pl->events);
186 }
188 static void fprop_reflect_period_percpu(struct fprop_global *p,
189                                         struct fprop_local_percpu *pl)
190 {
191         unsigned int period = p->period;
192         unsigned long flags;
194         /* Fast path - period didn't change */
195         if (pl->period == period)
196                 return;
197         raw_spin_lock_irqsave(&pl->lock, flags);
198         /* Someone updated pl->period while we were spinning? */
199         if (pl->period >= period) {
200                 raw_spin_unlock_irqrestore(&pl->lock, flags);
201                 return;
202         }
203         /* Aging zeroed our fraction? */
204         if (period - pl->period < BITS_PER_LONG) {
207                 if (val < (nr_cpu_ids * PROP_BATCH))
208                         val = percpu_counter_sum(&pl->events);
211                         -val + (val >> (period-pl->period)), PROP_BATCH);
212         } else
213                 percpu_counter_set(&pl->events, 0);
214         pl->period = period;
215         raw_spin_unlock_irqrestore(&pl->lock, flags);
216 }
218 /* Event of type pl happened */
219 void __fprop_inc_percpu(struct fprop_global *p, struct fprop_local_percpu *pl)
220 {
221         fprop_reflect_period_percpu(p, pl);
224 }
226 void fprop_fraction_percpu(struct fprop_global *p,
227                            struct fprop_local_percpu *pl,
228                            unsigned long *numerator, unsigned long *denominator)
229 {
230         unsigned int seq;
231         s64 num, den;
233         do {
235                 fprop_reflect_period_percpu(p, pl);
240         /*
241          * Make fraction <= 1 and denominator > 0 even in presence of percpu
242          * counter errors
243          */
244         if (den <= num) {
245                 if (num)
246                         den = num;
247                 else
248                         den = 1;
249         }
250         *denominator = den;
251         *numerator = num;
252 }
254 /*
255  * Like __fprop_inc_percpu() except that event is counted only if the given
256  * type has fraction smaller than @max_frac/FPROP_FRAC_BASE
257  */
258 void __fprop_inc_percpu_max(struct fprop_global *p,
259                             struct fprop_local_percpu *pl, int max_frac)
260 {
261         if (unlikely(max_frac < FPROP_FRAC_BASE)) {
262                 unsigned long numerator, denominator;
264                 fprop_fraction_percpu(p, pl, &numerator, &denominator);
265                 if (numerator >
266                     (((u64)denominator) * max_frac) >> FPROP_FRAC_SHIFT)
267                         return;
268         } else
269                 fprop_reflect_period_percpu(p, pl);