sys/kern/subr_devstat.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 1997, 1998, 1999 Kenneth D. Merry.
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote products
  16  *    derived from this software without specific prior written permission.
  17  *
  18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  19  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  20  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  21  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  22  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  23  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  24  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  25  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  26  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  27  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  28  * SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 #include <sys/cdefs.h>
  32 __FBSDID("$FreeBSD$");
  33
  34 #include <sys/param.h>
  35 #include <sys/kernel.h>
  36 #include <sys/systm.h>
  37 #include <sys/bio.h>
  38 #include <sys/devicestat.h>
  39 #include <sys/sdt.h>
  40 #include <sys/sysctl.h>
  41 #include <sys/malloc.h>
  42 #include <sys/lock.h>
  43 #include <sys/mutex.h>
  44 #include <sys/conf.h>
  45 #include <vm/vm.h>
  46 #include <vm/pmap.h>
  47
  48 #include <machine/atomic.h>
  49
  50 SDT_PROVIDER_DEFINE(io);
  51
  52 SDT_PROBE_DEFINE2(io, , , start, "struct bio *", "struct devstat *");
  53 SDT_PROBE_DEFINE2(io, , , done, "struct bio *", "struct devstat *");
  54 SDT_PROBE_DEFINE2(io, , , wait__start, "struct bio *",
  55     "struct devstat *");
  56 SDT_PROBE_DEFINE2(io, , , wait__done, "struct bio *",
  57     "struct devstat *");
  58
  59 #define DTRACE_DEVSTAT_START()          SDT_PROBE2(io, , , start, NULL, ds)
  60 #define DTRACE_DEVSTAT_BIO_START()      SDT_PROBE2(io, , , start, bp, ds)
  61 #define DTRACE_DEVSTAT_DONE()           SDT_PROBE2(io, , , done, NULL, ds)
  62 #define DTRACE_DEVSTAT_BIO_DONE()       SDT_PROBE2(io, , , done, bp, ds)
  63 #define DTRACE_DEVSTAT_WAIT_START()     SDT_PROBE2(io, , , wait__start, NULL, ds)
  64 #define DTRACE_DEVSTAT_WAIT_DONE()      SDT_PROBE2(io, , , wait__done, NULL, ds)
  65
  66 static int devstat_num_devs;
  67 static long devstat_generation = 1;
  68 static int devstat_version = DEVSTAT_VERSION;
  69 static int devstat_current_devnumber;
  70 static struct mtx devstat_mutex;
  71 MTX_SYSINIT(devstat_mutex, &devstat_mutex, "devstat", MTX_DEF);
  72
  73 static struct devstatlist device_statq = STAILQ_HEAD_INITIALIZER(device_statq);
  74 static struct devstat *devstat_alloc(void);
  75 static void devstat_free(struct devstat *);
  76 static void devstat_add_entry(struct devstat *ds, const void *dev_name,
  77                        int unit_number, uint32_t block_size,
  78                        devstat_support_flags flags,
  79                        devstat_type_flags device_type,
  80                        devstat_priority priority);
  81
  82 /*
  83  * Allocate a devstat and initialize it
  84  */
  85 struct devstat *
  86 devstat_new_entry(const void *dev_name,
  87                   int unit_number, uint32_t block_size,
  88                   devstat_support_flags flags,
  89                   devstat_type_flags device_type,
  90                   devstat_priority priority)
  91 {
  92         struct devstat *ds;
  93
  94         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_NOTOWNED);
  95
  96         ds = devstat_alloc();
  97         mtx_lock(&devstat_mutex);
  98         if (unit_number == -1) {
  99                 ds->unit_number = unit_number;
 100                 ds->id = dev_name;
 101                 binuptime(&ds->creation_time);
 102                 devstat_generation++;
 103         } else {
 104                 devstat_add_entry(ds, dev_name, unit_number, block_size,
 105                                   flags, device_type, priority);
 106         }
 107         mtx_unlock(&devstat_mutex);
 108         return (ds);
 109 }
 110
 111 /*
 112  * Take a malloced and zeroed devstat structure given to us, fill it in
 113  * and add it to the queue of devices.
 114  */
 115 static void
 116 devstat_add_entry(struct devstat *ds, const void *dev_name,
 117                   int unit_number, uint32_t block_size,
 118                   devstat_support_flags flags,
 119                   devstat_type_flags device_type,
 120                   devstat_priority priority)
 121 {
 122         struct devstatlist *devstat_head;
 123         struct devstat *ds_tmp;
 124
 125         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_OWNED);
 126         devstat_num_devs++;
 127
 128         devstat_head = &device_statq;
 129
 130         /*
 131          * Priority sort.  Each driver passes in its priority when it adds
 132          * its devstat entry.  Drivers are sorted first by priority, and
 133          * then by probe order.
 134          *
 135          * For the first device, we just insert it, since the priority
 136          * doesn't really matter yet.  Subsequent devices are inserted into
 137          * the list using the order outlined above.
 138          */
 139         if (devstat_num_devs == 1)
 140                 STAILQ_INSERT_TAIL(devstat_head, ds, dev_links);
 141         else {
 142                 STAILQ_FOREACH(ds_tmp, devstat_head, dev_links) {
 143                         struct devstat *ds_next;
 144
 145                         ds_next = STAILQ_NEXT(ds_tmp, dev_links);
 146
 147                         /*
 148                          * If we find a break between higher and lower
 149                          * priority items, and if this item fits in the
 150                          * break, insert it.  This also applies if the
 151                          * "lower priority item" is the end of the list.
 152                          */
 153                         if ((priority <= ds_tmp->priority)
 154                          && ((ds_next == NULL)
 155                            || (priority > ds_next->priority))) {
 156                                 STAILQ_INSERT_AFTER(devstat_head, ds_tmp, ds,
 157                                                     dev_links);
 158                                 break;
 159                         } else if (priority > ds_tmp->priority) {
 160                                 /*
 161                                  * If this is the case, we should be able
 162                                  * to insert ourselves at the head of the
 163                                  * list.  If we can't, something is wrong.
 164                                  */
 165                                 if (ds_tmp == STAILQ_FIRST(devstat_head)) {
 166                                         STAILQ_INSERT_HEAD(devstat_head,
 167                                                            ds, dev_links);
 168                                         break;
 169                                 } else {
 170                                         STAILQ_INSERT_TAIL(devstat_head,
 171                                                            ds, dev_links);
 172                                         printf("devstat_add_entry: HELP! "
 173                                                "sorting problem detected "
 174                                                "for name %p unit %d\n",
 175                                                dev_name, unit_number);
 176                                         break;
 177                                 }
 178                         }
 179                 }
 180         }
 181
 182         ds->device_number = devstat_current_devnumber++;
 183         ds->unit_number = unit_number;
 184         strlcpy(ds->device_name, dev_name, DEVSTAT_NAME_LEN);
 185         ds->block_size = block_size;
 186         ds->flags = flags;
 187         ds->device_type = device_type;
 188         ds->priority = priority;
 189         binuptime(&ds->creation_time);
 190         devstat_generation++;
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Remove a devstat structure from the list of devices.
 195  */
 196 void
 197 devstat_remove_entry(struct devstat *ds)
 198 {
 199         struct devstatlist *devstat_head;
 200
 201         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_NOTOWNED);
 202         if (ds == NULL)
 203                 return;
 204
 205         mtx_lock(&devstat_mutex);
 206
 207         devstat_head = &device_statq;
 208
 209         /* Remove this entry from the devstat queue */
 210         atomic_add_acq_int(&ds->sequence1, 1);
 211         if (ds->unit_number != -1) {
 212                 devstat_num_devs--;
 213                 STAILQ_REMOVE(devstat_head, ds, devstat, dev_links);
 214         }
 215         devstat_free(ds);
 216         devstat_generation++;
 217         mtx_unlock(&devstat_mutex);
 218 }
 219
 220 /*
 221  * Record a transaction start.
 222  *
 223  * See comments for devstat_end_transaction().  Ordering is very important
 224  * here.
 225  */
 226 void
 227 devstat_start_transaction(struct devstat *ds, const struct bintime *now)
 228 {
 229
 230         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_NOTOWNED);
 231
 232         /* sanity check */
 233         if (ds == NULL)
 234                 return;
 235
 236         atomic_add_acq_int(&ds->sequence1, 1);
 237         /*
 238          * We only want to set the start time when we are going from idle
 239          * to busy.  The start time is really the start of the latest busy
 240          * period.
 241          */
 242         if (ds->start_count == ds->end_count) {
 243                 if (now != NULL)
 244                         ds->busy_from = *now;
 245                 else
 246                         binuptime(&ds->busy_from);
 247         }
 248         ds->start_count++;
 249         atomic_add_rel_int(&ds->sequence0, 1);
 250         DTRACE_DEVSTAT_START();
 251 }
 252
 253 void
 254 devstat_start_transaction_bio(struct devstat *ds, struct bio *bp)
 255 {
 256
 257         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_NOTOWNED);
 258
 259         /* sanity check */
 260         if (ds == NULL)
 261                 return;
 262
 263         binuptime(&bp->bio_t0);
 264         devstat_start_transaction(ds, &bp->bio_t0);
 265         DTRACE_DEVSTAT_BIO_START();
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Record the ending of a transaction, and incrment the various counters.
 270  *
 271  * Ordering in this function, and in devstat_start_transaction() is VERY
 272  * important.  The idea here is to run without locks, so we are very
 273  * careful to only modify some fields on the way "down" (i.e. at
 274  * transaction start) and some fields on the way "up" (i.e. at transaction
 275  * completion).  One exception is busy_from, which we only modify in
 276  * devstat_start_transaction() when there are no outstanding transactions,
 277  * and thus it can't be modified in devstat_end_transaction()
 278  * simultaneously.
 279  *
 280  * The sequence0 and sequence1 fields are provided to enable an application
 281  * spying on the structures with mmap(2) to tell when a structure is in a
 282  * consistent state or not.
 283  *
 284  * For this to work 100% reliably, it is important that the two fields
 285  * are at opposite ends of the structure and that they are incremented
 286  * in the opposite order of how a memcpy(3) in userland would copy them.
 287  * We assume that the copying happens front to back, but there is actually
 288  * no way short of writing your own memcpy(3) replacement to guarantee
 289  * this will be the case.
 290  *
 291  * In addition to this, being a kind of locks, they must be updated with
 292  * atomic instructions using appropriate memory barriers.
 293  */
 294 void
 295 devstat_end_transaction(struct devstat *ds, uint32_t bytes,
 296                         devstat_tag_type tag_type, devstat_trans_flags flags,
 297                         const struct bintime *now, const struct bintime *then)
 298 {
 299         struct bintime dt, lnow;
 300
 301         /* sanity check */
 302         if (ds == NULL)
 303                 return;
 304
 305         if (now == NULL) {
 306                 binuptime(&lnow);
 307                 now = &lnow;
 308         }
 309
 310         atomic_add_acq_int(&ds->sequence1, 1);
 311         /* Update byte and operations counts */
 312         ds->bytes[flags] += bytes;
 313         ds->operations[flags]++;
 314
 315         /*
 316          * Keep a count of the various tag types sent.
 317          */
 318         if ((ds->flags & DEVSTAT_NO_ORDERED_TAGS) == 0 &&
 319             tag_type != DEVSTAT_TAG_NONE)
 320                 ds->tag_types[tag_type]++;
 321
 322         if (then != NULL) {
 323                 /* Update duration of operations */
 324                 dt = *now;
 325                 bintime_sub(&dt, then);
 326                 bintime_add(&ds->duration[flags], &dt);
 327         }
 328
 329         /* Accumulate busy time */
 330         dt = *now;
 331         bintime_sub(&dt, &ds->busy_from);
 332         bintime_add(&ds->busy_time, &dt);
 333         ds->busy_from = *now;
 334
 335         ds->end_count++;
 336         atomic_add_rel_int(&ds->sequence0, 1);
 337         DTRACE_DEVSTAT_DONE();
 338 }
 339
 340 void
 341 devstat_end_transaction_bio(struct devstat *ds, const struct bio *bp)
 342 {
 343
 344         devstat_end_transaction_bio_bt(ds, bp, NULL);
 345 }
 346
 347 void
 348 devstat_end_transaction_bio_bt(struct devstat *ds, const struct bio *bp,
 349     const struct bintime *now)
 350 {
 351         devstat_trans_flags flg;
 352
 353         /* sanity check */
 354         if (ds == NULL)
 355                 return;
 356
 357         if (bp->bio_cmd == BIO_DELETE)
 358                 flg = DEVSTAT_FREE;
 359         else if ((bp->bio_cmd == BIO_READ)
 360               || ((bp->bio_cmd == BIO_ZONE)
 361                && (bp->bio_zone.zone_cmd == DISK_ZONE_REPORT_ZONES)))
 362                 flg = DEVSTAT_READ;
 363         else if (bp->bio_cmd == BIO_WRITE)
 364                 flg = DEVSTAT_WRITE;
 365         else
 366                 flg = DEVSTAT_NO_DATA;
 367
 368         devstat_end_transaction(ds, bp->bio_bcount - bp->bio_resid,
 369                                 DEVSTAT_TAG_SIMPLE, flg, now, &bp->bio_t0);
 370         DTRACE_DEVSTAT_BIO_DONE();
 371 }
 372
 373 /*
 374  * This is the sysctl handler for the devstat package.  The data pushed out
 375  * on the kern.devstat.all sysctl variable consists of the current devstat
 376  * generation number, and then an array of devstat structures, one for each
 377  * device in the system.
 378  *
 379  * This is more cryptic that obvious, but basically we neither can nor
 380  * want to hold the devstat_mutex for any amount of time, so we grab it
 381  * only when we need to and keep an eye on devstat_generation all the time.
 382  */
 383 static int
 384 sysctl_devstat(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 385 {
 386         int error;
 387         long mygen;
 388         struct devstat *nds;
 389
 390         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_NOTOWNED);
 391
 392         /*
 393          * XXX devstat_generation should really be "volatile" but that
 394          * XXX freaks out the sysctl macro below.  The places where we
 395          * XXX change it and inspect it are bracketed in the mutex which
 396          * XXX guarantees us proper write barriers.  I don't believe the
 397          * XXX compiler is allowed to optimize mygen away across calls
 398          * XXX to other functions, so the following is belived to be safe.
 399          */
 400         mygen = devstat_generation;
 401
 402         error = SYSCTL_OUT(req, &mygen, sizeof(mygen));
 403
 404         if (devstat_num_devs == 0)
 405                 return(0);
 406
 407         if (error != 0)
 408                 return (error);
 409
 410         mtx_lock(&devstat_mutex);
 411         nds = STAILQ_FIRST(&device_statq);
 412         if (mygen != devstat_generation)
 413                 error = EBUSY;
 414         mtx_unlock(&devstat_mutex);
 415
 416         if (error != 0)
 417                 return (error);
 418
 419         for (;nds != NULL;) {
 420                 error = SYSCTL_OUT(req, nds, sizeof(struct devstat));
 421                 if (error != 0)
 422                         return (error);
 423                 mtx_lock(&devstat_mutex);
 424                 if (mygen != devstat_generation)
 425                         error = EBUSY;
 426                 else
 427                         nds = STAILQ_NEXT(nds, dev_links);
 428                 mtx_unlock(&devstat_mutex);
 429                 if (error != 0)
 430                         return (error);
 431         }
 432         return(error);
 433 }
 434
 435 /*
 436  * Sysctl entries for devstat.  The first one is a node that all the rest
 437  * hang off of.
 438  */
 439 static SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, devstat, CTLFLAG_RD, NULL,
 440     "Device Statistics");
 441
 442 SYSCTL_PROC(_kern_devstat, OID_AUTO, all, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_OPAQUE,
 443     NULL, 0, sysctl_devstat, "S,devstat", "All devices in the devstat list");
 444 /*
 445  * Export the number of devices in the system so that userland utilities
 446  * can determine how much memory to allocate to hold all the devices.
 447  */
 448 SYSCTL_INT(_kern_devstat, OID_AUTO, numdevs, CTLFLAG_RD,
 449     &devstat_num_devs, 0, "Number of devices in the devstat list");
 450 SYSCTL_LONG(_kern_devstat, OID_AUTO, generation, CTLFLAG_RD,
 451     &devstat_generation, 0, "Devstat list generation");
 452 SYSCTL_INT(_kern_devstat, OID_AUTO, version, CTLFLAG_RD,
 453     &devstat_version, 0, "Devstat list version number");
 454
 455 /*
 456  * Allocator for struct devstat structures.  We sub-allocate these from pages
 457  * which we get from malloc.  These pages are exported for mmap(2)'ing through
 458  * a miniature device driver
 459  */
 460
 461 #define statsperpage (PAGE_SIZE / sizeof(struct devstat))
 462
 463 static d_mmap_t devstat_mmap;
 464
 465 static struct cdevsw devstat_cdevsw = {
 466         .d_version =    D_VERSION,
 467         .d_mmap =       devstat_mmap,
 468         .d_name =       "devstat",
 469 };
 470
 471 struct statspage {
 472         TAILQ_ENTRY(statspage)  list;
 473         struct devstat          *stat;
 474         u_int                   nfree;
 475 };
 476
 477 static TAILQ_HEAD(, statspage)  pagelist = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pagelist);
 478 static MALLOC_DEFINE(M_DEVSTAT, "devstat", "Device statistics");
 479
 480 static int
 481 devstat_mmap(struct cdev *dev, vm_ooffset_t offset, vm_paddr_t *paddr,
 482     int nprot, vm_memattr_t *memattr)
 483 {
 484         struct statspage *spp;
 485
 486         if (nprot != VM_PROT_READ)
 487                 return (-1);
 488         mtx_lock(&devstat_mutex);
 489         TAILQ_FOREACH(spp, &pagelist, list) {
 490                 if (offset == 0) {
 491                         *paddr = vtophys(spp->stat);
 492                         mtx_unlock(&devstat_mutex);
 493                         return (0);
 494                 }
 495                 offset -= PAGE_SIZE;
 496         }
 497         mtx_unlock(&devstat_mutex);
 498         return (-1);
 499 }
 500
 501 static struct devstat *
 502 devstat_alloc(void)
 503 {
 504         struct devstat *dsp;
 505         struct statspage *spp, *spp2;
 506         u_int u;
 507         static int once;
 508
 509         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_NOTOWNED);
 510         if (!once) {
 511                 make_dev_credf(MAKEDEV_ETERNAL | MAKEDEV_CHECKNAME,
 512                     &devstat_cdevsw, 0, NULL, UID_ROOT, GID_WHEEL, 0444,
 513                     DEVSTAT_DEVICE_NAME);
 514                 once = 1;
 515         }
 516         spp2 = NULL;
 517         mtx_lock(&devstat_mutex);
 518         for (;;) {
 519                 TAILQ_FOREACH(spp, &pagelist, list) {
 520                         if (spp->nfree > 0)
 521                                 break;
 522                 }
 523                 if (spp != NULL)
 524                         break;
 525                 mtx_unlock(&devstat_mutex);
 526                 spp2 = malloc(sizeof *spp, M_DEVSTAT, M_ZERO | M_WAITOK);
 527                 spp2->stat = malloc(PAGE_SIZE, M_DEVSTAT, M_ZERO | M_WAITOK);
 528                 spp2->nfree = statsperpage;
 529
 530                 /*
 531                  * If free statspages were added while the lock was released
 532                  * just reuse them.
 533                  */
 534                 mtx_lock(&devstat_mutex);
 535                 TAILQ_FOREACH(spp, &pagelist, list)
 536                         if (spp->nfree > 0)
 537                                 break;
 538                 if (spp == NULL) {
 539                         spp = spp2;
 540
 541                         /*
 542                          * It would make more sense to add the new page at the
 543                          * head but the order on the list determine the
 544                          * sequence of the mapping so we can't do that.
 545                          */
 546                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pagelist, spp, list);
 547                 } else
 548                         break;
 549         }
 550         dsp = spp->stat;
 551         for (u = 0; u < statsperpage; u++) {
 552                 if (dsp->allocated == 0)
 553                         break;
 554                 dsp++;
 555         }
 556         spp->nfree--;
 557         dsp->allocated = 1;
 558         mtx_unlock(&devstat_mutex);
 559         if (spp2 != NULL && spp2 != spp) {
 560                 free(spp2->stat, M_DEVSTAT);
 561                 free(spp2, M_DEVSTAT);
 562         }
 563         return (dsp);
 564 }
 565
 566 static void
 567 devstat_free(struct devstat *dsp)
 568 {
 569         struct statspage *spp;
 570
 571         mtx_assert(&devstat_mutex, MA_OWNED);
 572         bzero(dsp, sizeof *dsp);
 573         TAILQ_FOREACH(spp, &pagelist, list) {
 574                 if (dsp >= spp->stat && dsp < (spp->stat + statsperpage)) {
 575                         spp->nfree++;
 576                         return;
 577                 }
 578         }
 579 }
 580
 581 SYSCTL_INT(_debug_sizeof, OID_AUTO, devstat, CTLFLAG_RD,
 582     SYSCTL_NULL_INT_PTR, sizeof(struct devstat), "sizeof(struct devstat)");