]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - Documentation/cgroups/blkio-controller.txt
Merge remote-tracking branch 'spi/for-next'
[karo-tx-linux.git] / Documentation / cgroups / blkio-controller.txt
1                                 Block IO Controller
2                                 ===================
3 Overview
4 ========
5 cgroup subsys "blkio" implements the block io controller. There seems to be
6 a need of various kinds of IO control policies (like proportional BW, max BW)
7 both at leaf nodes as well as at intermediate nodes in a storage hierarchy.
8 Plan is to use the same cgroup based management interface for blkio controller
9 and based on user options switch IO policies in the background.
10
11 Currently two IO control policies are implemented. First one is proportional
12 weight time based division of disk policy. It is implemented in CFQ. Hence
13 this policy takes effect only on leaf nodes when CFQ is being used. The second
14 one is throttling policy which can be used to specify upper IO rate limits
15 on devices. This policy is implemented in generic block layer and can be
16 used on leaf nodes as well as higher level logical devices like device mapper.
17
18 HOWTO
19 =====
20 Proportional Weight division of bandwidth
21 -----------------------------------------
22 You can do a very simple testing of running two dd threads in two different
23 cgroups. Here is what you can do.
24
25 - Enable Block IO controller
26         CONFIG_BLK_CGROUP=y
27
28 - Enable group scheduling in CFQ
29         CONFIG_CFQ_GROUP_IOSCHED=y
30
31 - Compile and boot into kernel and mount IO controller (blkio); see
32   cgroups.txt, Why are cgroups needed?.
33
34         mount -t tmpfs cgroup_root /sys/fs/cgroup
35         mkdir /sys/fs/cgroup/blkio
36         mount -t cgroup -o blkio none /sys/fs/cgroup/blkio
37
38 - Create two cgroups
39         mkdir -p /sys/fs/cgroup/blkio/test1/ /sys/fs/cgroup/blkio/test2
40
41 - Set weights of group test1 and test2
42         echo 1000 > /sys/fs/cgroup/blkio/test1/blkio.weight
43         echo 500 > /sys/fs/cgroup/blkio/test2/blkio.weight
44
45 - Create two same size files (say 512MB each) on same disk (file1, file2) and
46   launch two dd threads in different cgroup to read those files.
47
48         sync
49         echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
50
51         dd if=/mnt/sdb/zerofile1 of=/dev/null &
52         echo $! > /sys/fs/cgroup/blkio/test1/tasks
53         cat /sys/fs/cgroup/blkio/test1/tasks
54
55         dd if=/mnt/sdb/zerofile2 of=/dev/null &
56         echo $! > /sys/fs/cgroup/blkio/test2/tasks
57         cat /sys/fs/cgroup/blkio/test2/tasks
58
59 - At macro level, first dd should finish first. To get more precise data, keep
60   on looking at (with the help of script), at blkio.disk_time and
61   blkio.disk_sectors files of both test1 and test2 groups. This will tell how
62   much disk time (in milliseconds), each group got and how many sectors each
63   group dispatched to the disk. We provide fairness in terms of disk time, so
64   ideally io.disk_time of cgroups should be in proportion to the weight.
65
66 Throttling/Upper Limit policy
67 -----------------------------
68 - Enable Block IO controller
69         CONFIG_BLK_CGROUP=y
70
71 - Enable throttling in block layer
72         CONFIG_BLK_DEV_THROTTLING=y
73
74 - Mount blkio controller (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
75         mount -t cgroup -o blkio none /sys/fs/cgroup/blkio
76
77 - Specify a bandwidth rate on particular device for root group. The format
78   for policy is "<major>:<minor>  <bytes_per_second>".
79
80         echo "8:16  1048576" > /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.throttle.read_bps_device
81
82   Above will put a limit of 1MB/second on reads happening for root group
83   on device having major/minor number 8:16.
84
85 - Run dd to read a file and see if rate is throttled to 1MB/s or not.
86
87                 # dd if=/mnt/common/zerofile of=/dev/null bs=4K count=1024
88                 # iflag=direct
89         1024+0 records in
90         1024+0 records out
91         4194304 bytes (4.2 MB) copied, 4.0001 s, 1.0 MB/s
92
93  Limits for writes can be put using blkio.throttle.write_bps_device file.
94
95 Hierarchical Cgroups
96 ====================
97
98 Both CFQ and throttling implement hierarchy support; however,
99 throttling's hierarchy support is enabled iff "sane_behavior" is
100 enabled from cgroup side, which currently is a development option and
101 not publicly available.
102
103 If somebody created a hierarchy like as follows.
104
105                         root
106                         /  \
107                      test1 test2
108                         |
109                      test3
110
111 CFQ by default and throttling with "sane_behavior" will handle the
112 hierarchy correctly.  For details on CFQ hierarchy support, refer to
113 Documentation/block/cfq-iosched.txt.  For throttling, all limits apply
114 to the whole subtree while all statistics are local to the IOs
115 directly generated by tasks in that cgroup.
116
117 Throttling without "sane_behavior" enabled from cgroup side will
118 practically treat all groups at same level as if it looks like the
119 following.
120
121                                 pivot
122                              /  /   \  \
123                         root  test1 test2  test3
124
125 Various user visible config options
126 ===================================
127 CONFIG_BLK_CGROUP
128         - Block IO controller.
129
130 CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP
131         - Debug help. Right now some additional stats file show up in cgroup
132           if this option is enabled.
133
134 CONFIG_CFQ_GROUP_IOSCHED
135         - Enables group scheduling in CFQ. Currently only 1 level of group
136           creation is allowed.
137
138 CONFIG_BLK_DEV_THROTTLING
139         - Enable block device throttling support in block layer.
140
141 Details of cgroup files
142 =======================
143 Proportional weight policy files
144 --------------------------------
145 - blkio.weight
146         - Specifies per cgroup weight. This is default weight of the group
147           on all the devices until and unless overridden by per device rule.
148           (See blkio.weight_device).
149           Currently allowed range of weights is from 10 to 1000.
150
151 - blkio.weight_device
152         - One can specify per cgroup per device rules using this interface.
153           These rules override the default value of group weight as specified
154           by blkio.weight.
155
156           Following is the format.
157
158           # echo dev_maj:dev_minor weight > blkio.weight_device
159           Configure weight=300 on /dev/sdb (8:16) in this cgroup
160           # echo 8:16 300 > blkio.weight_device
161           # cat blkio.weight_device
162           dev     weight
163           8:16    300
164
165           Configure weight=500 on /dev/sda (8:0) in this cgroup
166           # echo 8:0 500 > blkio.weight_device
167           # cat blkio.weight_device
168           dev     weight
169           8:0     500
170           8:16    300
171
172           Remove specific weight for /dev/sda in this cgroup
173           # echo 8:0 0 > blkio.weight_device
174           # cat blkio.weight_device
175           dev     weight
176           8:16    300
177
178 - blkio.leaf_weight[_device]
179         - Equivalents of blkio.weight[_device] for the purpose of
180           deciding how much weight tasks in the given cgroup has while
181           competing with the cgroup's child cgroups. For details,
182           please refer to Documentation/block/cfq-iosched.txt.
183
184 - blkio.time
185         - disk time allocated to cgroup per device in milliseconds. First
186           two fields specify the major and minor number of the device and
187           third field specifies the disk time allocated to group in
188           milliseconds.
189
190 - blkio.sectors
191         - number of sectors transferred to/from disk by the group. First
192           two fields specify the major and minor number of the device and
193           third field specifies the number of sectors transferred by the
194           group to/from the device.
195
196 - blkio.io_service_bytes
197         - Number of bytes transferred to/from the disk by the group. These
198           are further divided by the type of operation - read or write, sync
199           or async. First two fields specify the major and minor number of the
200           device, third field specifies the operation type and the fourth field
201           specifies the number of bytes.
202
203 - blkio.io_serviced
204         - Number of IOs (bio) issued to the disk by the group. These
205           are further divided by the type of operation - read or write, sync
206           or async. First two fields specify the major and minor number of the
207           device, third field specifies the operation type and the fourth field
208           specifies the number of IOs.
209
210 - blkio.io_service_time
211         - Total amount of time between request dispatch and request completion
212           for the IOs done by this cgroup. This is in nanoseconds to make it
213           meaningful for flash devices too. For devices with queue depth of 1,
214           this time represents the actual service time. When queue_depth > 1,
215           that is no longer true as requests may be served out of order. This
216           may cause the service time for a given IO to include the service time
217           of multiple IOs when served out of order which may result in total
218           io_service_time > actual time elapsed. This time is further divided by
219           the type of operation - read or write, sync or async. First two fields
220           specify the major and minor number of the device, third field
221           specifies the operation type and the fourth field specifies the
222           io_service_time in ns.
223
224 - blkio.io_wait_time
225         - Total amount of time the IOs for this cgroup spent waiting in the
226           scheduler queues for service. This can be greater than the total time
227           elapsed since it is cumulative io_wait_time for all IOs. It is not a
228           measure of total time the cgroup spent waiting but rather a measure of
229           the wait_time for its individual IOs. For devices with queue_depth > 1
230           this metric does not include the time spent waiting for service once
231           the IO is dispatched to the device but till it actually gets serviced
232           (there might be a time lag here due to re-ordering of requests by the
233           device). This is in nanoseconds to make it meaningful for flash
234           devices too. This time is further divided by the type of operation -
235           read or write, sync or async. First two fields specify the major and
236           minor number of the device, third field specifies the operation type
237           and the fourth field specifies the io_wait_time in ns.
238
239 - blkio.io_merged
240         - Total number of bios/requests merged into requests belonging to this
241           cgroup. This is further divided by the type of operation - read or
242           write, sync or async.
243
244 - blkio.io_queued
245         - Total number of requests queued up at any given instant for this
246           cgroup. This is further divided by the type of operation - read or
247           write, sync or async.
248
249 - blkio.avg_queue_size
250         - Debugging aid only enabled if CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP=y.
251           The average queue size for this cgroup over the entire time of this
252           cgroup's existence. Queue size samples are taken each time one of the
253           queues of this cgroup gets a timeslice.
254
255 - blkio.group_wait_time
256         - Debugging aid only enabled if CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP=y.
257           This is the amount of time the cgroup had to wait since it became busy
258           (i.e., went from 0 to 1 request queued) to get a timeslice for one of
259           its queues. This is different from the io_wait_time which is the
260           cumulative total of the amount of time spent by each IO in that cgroup
261           waiting in the scheduler queue. This is in nanoseconds. If this is
262           read when the cgroup is in a waiting (for timeslice) state, the stat
263           will only report the group_wait_time accumulated till the last time it
264           got a timeslice and will not include the current delta.
265
266 - blkio.empty_time
267         - Debugging aid only enabled if CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP=y.
268           This is the amount of time a cgroup spends without any pending
269           requests when not being served, i.e., it does not include any time
270           spent idling for one of the queues of the cgroup. This is in
271           nanoseconds. If this is read when the cgroup is in an empty state,
272           the stat will only report the empty_time accumulated till the last
273           time it had a pending request and will not include the current delta.
274
275 - blkio.idle_time
276         - Debugging aid only enabled if CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP=y.
277           This is the amount of time spent by the IO scheduler idling for a
278           given cgroup in anticipation of a better request than the existing ones
279           from other queues/cgroups. This is in nanoseconds. If this is read
280           when the cgroup is in an idling state, the stat will only report the
281           idle_time accumulated till the last idle period and will not include
282           the current delta.
283
284 - blkio.dequeue
285         - Debugging aid only enabled if CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP=y. This
286           gives the statistics about how many a times a group was dequeued
287           from service tree of the device. First two fields specify the major
288           and minor number of the device and third field specifies the number
289           of times a group was dequeued from a particular device.
290
291 - blkio.*_recursive
292         - Recursive version of various stats. These files show the
293           same information as their non-recursive counterparts but
294           include stats from all the descendant cgroups.
295
296 Throttling/Upper limit policy files
297 -----------------------------------
298 - blkio.throttle.read_bps_device
299         - Specifies upper limit on READ rate from the device. IO rate is
300           specified in bytes per second. Rules are per device. Following is
301           the format.
302
303   echo "<major>:<minor>  <rate_bytes_per_second>" > /cgrp/blkio.throttle.read_bps_device
304
305 - blkio.throttle.write_bps_device
306         - Specifies upper limit on WRITE rate to the device. IO rate is
307           specified in bytes per second. Rules are per device. Following is
308           the format.
309
310   echo "<major>:<minor>  <rate_bytes_per_second>" > /cgrp/blkio.throttle.write_bps_device
311
312 - blkio.throttle.read_iops_device
313         - Specifies upper limit on READ rate from the device. IO rate is
314           specified in IO per second. Rules are per device. Following is
315           the format.
316
317   echo "<major>:<minor>  <rate_io_per_second>" > /cgrp/blkio.throttle.read_iops_device
318
319 - blkio.throttle.write_iops_device
320         - Specifies upper limit on WRITE rate to the device. IO rate is
321           specified in io per second. Rules are per device. Following is
322           the format.
323
324   echo "<major>:<minor>  <rate_io_per_second>" > /cgrp/blkio.throttle.write_iops_device
325
326 Note: If both BW and IOPS rules are specified for a device, then IO is
327       subjected to both the constraints.
328
329 - blkio.throttle.io_serviced
330         - Number of IOs (bio) issued to the disk by the group. These
331           are further divided by the type of operation - read or write, sync
332           or async. First two fields specify the major and minor number of the
333           device, third field specifies the operation type and the fourth field
334           specifies the number of IOs.
335
336 - blkio.throttle.io_service_bytes
337         - Number of bytes transferred to/from the disk by the group. These
338           are further divided by the type of operation - read or write, sync
339           or async. First two fields specify the major and minor number of the
340           device, third field specifies the operation type and the fourth field
341           specifies the number of bytes.
342
343 Common files among various policies
344 -----------------------------------
345 - blkio.reset_stats
346         - Writing an int to this file will result in resetting all the stats
347           for that cgroup.
348
349 CFQ sysfs tunable
350 =================
351 /sys/block/<disk>/queue/iosched/slice_idle
352 ------------------------------------------
353 On a faster hardware CFQ can be slow, especially with sequential workload.
354 This happens because CFQ idles on a single queue and single queue might not
355 drive deeper request queue depths to keep the storage busy. In such scenarios
356 one can try setting slice_idle=0 and that would switch CFQ to IOPS
357 (IO operations per second) mode on NCQ supporting hardware.
358
359 That means CFQ will not idle between cfq queues of a cfq group and hence be
360 able to driver higher queue depth and achieve better throughput. That also
361 means that cfq provides fairness among groups in terms of IOPS and not in
362 terms of disk time.
363
364 /sys/block/<disk>/queue/iosched/group_idle
365 ------------------------------------------
366 If one disables idling on individual cfq queues and cfq service trees by
367 setting slice_idle=0, group_idle kicks in. That means CFQ will still idle
368 on the group in an attempt to provide fairness among groups.
369
370 By default group_idle is same as slice_idle and does not do anything if
371 slice_idle is enabled.
372
373 One can experience an overall throughput drop if you have created multiple
374 groups and put applications in that group which are not driving enough
375 IO to keep disk busy. In that case set group_idle=0, and CFQ will not idle
376 on individual groups and throughput should improve.
377
378 Writeback
379 =========
380
381 Page cache is dirtied through buffered writes and shared mmaps and
382 written asynchronously to the backing filesystem by the writeback
383 mechanism.  Writeback sits between the memory and IO domains and
384 regulates the proportion of dirty memory by balancing dirtying and
385 write IOs.
386
387 On traditional cgroup hierarchies, relationships between different
388 controllers cannot be established making it impossible for writeback
389 to operate accounting for cgroup resource restrictions and all
390 writeback IOs are attributed to the root cgroup.
391
392 If both the blkio and memory controllers are used on the v2 hierarchy
393 and the filesystem supports cgroup writeback, writeback operations
394 correctly follow the resource restrictions imposed by both memory and
395 blkio controllers.
396
397 Writeback examines both system-wide and per-cgroup dirty memory status
398 and enforces the more restrictive of the two.  Also, writeback control
399 parameters which are absolute values - vm.dirty_bytes and
400 vm.dirty_background_bytes - are distributed across cgroups according
401 to their current writeback bandwidth.
402
403 There's a peculiarity stemming from the discrepancy in ownership
404 granularity between memory controller and writeback.  While memory
405 controller tracks ownership per page, writeback operates on inode
406 basis.  cgroup writeback bridges the gap by tracking ownership by
407 inode but migrating ownership if too many foreign pages, pages which
408 don't match the current inode ownership, have been encountered while
409 writing back the inode.
410
411 This is a conscious design choice as writeback operations are
412 inherently tied to inodes making strictly following page ownership
413 complicated and inefficient.  The only use case which suffers from
414 this compromise is multiple cgroups concurrently dirtying disjoint
415 regions of the same inode, which is an unlikely use case and decided
416 to be unsupported.  Note that as memory controller assigns page
417 ownership on the first use and doesn't update it until the page is
418 released, even if cgroup writeback strictly follows page ownership,
419 multiple cgroups dirtying overlapping areas wouldn't work as expected.
420 In general, write-sharing an inode across multiple cgroups is not well
421 supported.
422
423 Filesystem support for cgroup writeback
424 ---------------------------------------
425
426 A filesystem can make writeback IOs cgroup-aware by updating
427 address_space_operations->writepage[s]() to annotate bio's using the
428 following two functions.
429
430 * wbc_init_bio(@wbc, @bio)
431
432   Should be called for each bio carrying writeback data and associates
433   the bio with the inode's owner cgroup.  Can be called anytime
434   between bio allocation and submission.
435
436 * wbc_account_io(@wbc, @page, @bytes)
437
438   Should be called for each data segment being written out.  While
439   this function doesn't care exactly when it's called during the
440   writeback session, it's the easiest and most natural to call it as
441   data segments are added to a bio.
442
443 With writeback bio's annotated, cgroup support can be enabled per
444 super_block by setting MS_CGROUPWB in ->s_flags.  This allows for
445 selective disabling of cgroup writeback support which is helpful when
446 certain filesystem features, e.g. journaled data mode, are
447 incompatible.
448
449 wbc_init_bio() binds the specified bio to its cgroup.  Depending on
450 the configuration, the bio may be executed at a lower priority and if
451 the writeback session is holding shared resources, e.g. a journal
452 entry, may lead to priority inversion.  There is no one easy solution
453 for the problem.  Filesystems can try to work around specific problem
454 cases by skipping wbc_init_bio() or using bio_associate_blkcg()
455 directly.