mm/damon/core.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Data Access Monitor
   4  *
   5  * Author: SeongJae Park <[email protected]>
   6  */
   7
   8 #define pr_fmt(fmt) "damon: " fmt
   9
  10 #include <linux/damon.h>
  11 #include <linux/delay.h>
  12 #include <linux/kthread.h>
  13 #include <linux/mm.h>
  14 #include <linux/psi.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/string.h>
  17
  18 #define CREATE_TRACE_POINTS
  19 #include <trace/events/damon.h>
  20
  21 #ifdef CONFIG_DAMON_KUNIT_TEST
  22 #undef DAMON_MIN_REGION
  23 #define DAMON_MIN_REGION 1
  24 #endif
  25
  26 static DEFINE_MUTEX(damon_lock);
  27 static int nr_running_ctxs;
  28 static bool running_exclusive_ctxs;
  29
  30 static DEFINE_MUTEX(damon_ops_lock);
  31 static struct damon_operations damon_registered_ops[NR_DAMON_OPS];
  32
  33 static struct kmem_cache *damon_region_cache __ro_after_init;
  34
  35 /* Should be called under damon_ops_lock with id smaller than NR_DAMON_OPS */
  36 static bool __damon_is_registered_ops(enum damon_ops_id id)
  37 {
  38         struct damon_operations empty_ops = {};
  39
  40         if (!memcmp(&empty_ops, &damon_registered_ops[id], sizeof(empty_ops)))
  41                 return false;
  42         return true;
  43 }
  44
  45 /**
  46  * damon_is_registered_ops() - Check if a given damon_operations is registered.
  47  * @id: Id of the damon_operations to check if registered.
  48  *
  49  * Return: true if the ops is set, false otherwise.
  50  */
  51 bool damon_is_registered_ops(enum damon_ops_id id)
  52 {
  53         bool registered;
  54
  55         if (id >= NR_DAMON_OPS)
  56                 return false;
  57         mutex_lock(&damon_ops_lock);
  58         registered = __damon_is_registered_ops(id);
  59         mutex_unlock(&damon_ops_lock);
  60         return registered;
  61 }
  62
  63 /**
  64  * damon_register_ops() - Register a monitoring operations set to DAMON.
  65  * @ops:        monitoring operations set to register.
  66  *
  67  * This function registers a monitoring operations set of valid &struct
  68  * damon_operations->id so that others can find and use them later.
  69  *
  70  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
  71  */
  72 int damon_register_ops(struct damon_operations *ops)
  73 {
  74         int err = 0;
  75
  76         if (ops->id >= NR_DAMON_OPS)
  77                 return -EINVAL;
  78         mutex_lock(&damon_ops_lock);
  79         /* Fail for already registered ops */
  80         if (__damon_is_registered_ops(ops->id)) {
  81                 err = -EINVAL;
  82                 goto out;
  83         }
  84         damon_registered_ops[ops->id] = *ops;
  85 out:
  86         mutex_unlock(&damon_ops_lock);
  87         return err;
  88 }
  89
  90 /**
  91  * damon_select_ops() - Select a monitoring operations to use with the context.
  92  * @ctx:        monitoring context to use the operations.
  93  * @id:         id of the registered monitoring operations to select.
  94  *
  95  * This function finds registered monitoring operations set of @id and make
  96  * @ctx to use it.
  97  *
  98  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
  99  */
 100 int damon_select_ops(struct damon_ctx *ctx, enum damon_ops_id id)
 101 {
 102         int err = 0;
 103
 104         if (id >= NR_DAMON_OPS)
 105                 return -EINVAL;
 106
 107         mutex_lock(&damon_ops_lock);
 108         if (!__damon_is_registered_ops(id))
 109                 err = -EINVAL;
 110         else
 111                 ctx->ops = damon_registered_ops[id];
 112         mutex_unlock(&damon_ops_lock);
 113         return err;
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Construct a damon_region struct
 118  *
 119  * Returns the pointer to the new struct if success, or NULL otherwise
 120  */
 121 struct damon_region *damon_new_region(unsigned long start, unsigned long end)
 122 {
 123         struct damon_region *region;
 124
 125         region = kmem_cache_alloc(damon_region_cache, GFP_KERNEL);
 126         if (!region)
 127                 return NULL;
 128
 129         region->ar.start = start;
 130         region->ar.end = end;
 131         region->nr_accesses = 0;
 132         region->nr_accesses_bp = 0;
 133         INIT_LIST_HEAD(&region->list);
 134
 135         region->age = 0;
 136         region->last_nr_accesses = 0;
 137
 138         return region;
 139 }
 140
 141 void damon_add_region(struct damon_region *r, struct damon_target *t)
 142 {
 143         list_add_tail(&r->list, &t->regions_list);
 144         t->nr_regions++;
 145 }
 146
 147 static void damon_del_region(struct damon_region *r, struct damon_target *t)
 148 {
 149         list_del(&r->list);
 150         t->nr_regions--;
 151 }
 152
 153 static void damon_free_region(struct damon_region *r)
 154 {
 155         kmem_cache_free(damon_region_cache, r);
 156 }
 157
 158 void damon_destroy_region(struct damon_region *r, struct damon_target *t)
 159 {
 160         damon_del_region(r, t);
 161         damon_free_region(r);
 162 }
 163
 164 /*
 165  * Check whether a region is intersecting an address range
 166  *
 167  * Returns true if it is.
 168  */
 169 static bool damon_intersect(struct damon_region *r,
 170                 struct damon_addr_range *re)
 171 {
 172         return !(r->ar.end <= re->start || re->end <= r->ar.start);
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Fill holes in regions with new regions.
 177  */
 178 static int damon_fill_regions_holes(struct damon_region *first,
 179                 struct damon_region *last, struct damon_target *t)
 180 {
 181         struct damon_region *r = first;
 182
 183         damon_for_each_region_from(r, t) {
 184                 struct damon_region *next, *newr;
 185
 186                 if (r == last)
 187                         break;
 188                 next = damon_next_region(r);
 189                 if (r->ar.end != next->ar.start) {
 190                         newr = damon_new_region(r->ar.end, next->ar.start);
 191                         if (!newr)
 192                                 return -ENOMEM;
 193                         damon_insert_region(newr, r, next, t);
 194                 }
 195         }
 196         return 0;
 197 }
 198
 199 /*
 200  * damon_set_regions() - Set regions of a target for given address ranges.
 201  * @t:          the given target.
 202  * @ranges:     array of new monitoring target ranges.
 203  * @nr_ranges:  length of @ranges.
 204  *
 205  * This function adds new regions to, or modify existing regions of a
 206  * monitoring target to fit in specific ranges.
 207  *
 208  * Return: 0 if success, or negative error code otherwise.
 209  */
 210 int damon_set_regions(struct damon_target *t, struct damon_addr_range *ranges,
 211                 unsigned int nr_ranges)
 212 {
 213         struct damon_region *r, *next;
 214         unsigned int i;
 215         int err;
 216
 217         /* Remove regions which are not in the new ranges */
 218         damon_for_each_region_safe(r, next, t) {
 219                 for (i = 0; i < nr_ranges; i++) {
 220                         if (damon_intersect(r, &ranges[i]))
 221                                 break;
 222                 }
 223                 if (i == nr_ranges)
 224                         damon_destroy_region(r, t);
 225         }
 226
 227         r = damon_first_region(t);
 228         /* Add new regions or resize existing regions to fit in the ranges */
 229         for (i = 0; i < nr_ranges; i++) {
 230                 struct damon_region *first = NULL, *last, *newr;
 231                 struct damon_addr_range *range;
 232
 233                 range = &ranges[i];
 234                 /* Get the first/last regions intersecting with the range */
 235                 damon_for_each_region_from(r, t) {
 236                         if (damon_intersect(r, range)) {
 237                                 if (!first)
 238                                         first = r;
 239                                 last = r;
 240                         }
 241                         if (r->ar.start >= range->end)
 242                                 break;
 243                 }
 244                 if (!first) {
 245                         /* no region intersects with this range */
 246                         newr = damon_new_region(
 247                                         ALIGN_DOWN(range->start,
 248                                                 DAMON_MIN_REGION),
 249                                         ALIGN(range->end, DAMON_MIN_REGION));
 250                         if (!newr)
 251                                 return -ENOMEM;
 252                         damon_insert_region(newr, damon_prev_region(r), r, t);
 253                 } else {
 254                         /* resize intersecting regions to fit in this range */
 255                         first->ar.start = ALIGN_DOWN(range->start,
 256                                         DAMON_MIN_REGION);
 257                         last->ar.end = ALIGN(range->end, DAMON_MIN_REGION);
 258
 259                         /* fill possible holes in the range */
 260                         err = damon_fill_regions_holes(first, last, t);
 261                         if (err)
 262                                 return err;
 263                 }
 264         }
 265         return 0;
 266 }
 267
 268 struct damos_filter *damos_new_filter(enum damos_filter_type type,
 269                 bool matching)
 270 {
 271         struct damos_filter *filter;
 272
 273         filter = kmalloc(sizeof(*filter), GFP_KERNEL);
 274         if (!filter)
 275                 return NULL;
 276         filter->type = type;
 277         filter->matching = matching;
 278         INIT_LIST_HEAD(&filter->list);
 279         return filter;
 280 }
 281
 282 void damos_add_filter(struct damos *s, struct damos_filter *f)
 283 {
 284         list_add_tail(&f->list, &s->filters);
 285 }
 286
 287 static void damos_del_filter(struct damos_filter *f)
 288 {
 289         list_del(&f->list);
 290 }
 291
 292 static void damos_free_filter(struct damos_filter *f)
 293 {
 294         kfree(f);
 295 }
 296
 297 void damos_destroy_filter(struct damos_filter *f)
 298 {
 299         damos_del_filter(f);
 300         damos_free_filter(f);
 301 }
 302
 303 struct damos_quota_goal *damos_new_quota_goal(
 304                 enum damos_quota_goal_metric metric,
 305                 unsigned long target_value)
 306 {
 307         struct damos_quota_goal *goal;
 308
 309         goal = kmalloc(sizeof(*goal), GFP_KERNEL);
 310         if (!goal)
 311                 return NULL;
 312         goal->metric = metric;
 313         goal->target_value = target_value;
 314         INIT_LIST_HEAD(&goal->list);
 315         return goal;
 316 }
 317
 318 void damos_add_quota_goal(struct damos_quota *q, struct damos_quota_goal *g)
 319 {
 320         list_add_tail(&g->list, &q->goals);
 321 }
 322
 323 static void damos_del_quota_goal(struct damos_quota_goal *g)
 324 {
 325         list_del(&g->list);
 326 }
 327
 328 static void damos_free_quota_goal(struct damos_quota_goal *g)
 329 {
 330         kfree(g);
 331 }
 332
 333 void damos_destroy_quota_goal(struct damos_quota_goal *g)
 334 {
 335         damos_del_quota_goal(g);
 336         damos_free_quota_goal(g);
 337 }
 338
 339 /* initialize fields of @quota that normally API users wouldn't set */
 340 static struct damos_quota *damos_quota_init(struct damos_quota *quota)
 341 {
 342         quota->esz = 0;
 343         quota->total_charged_sz = 0;
 344         quota->total_charged_ns = 0;
 345         quota->charged_sz = 0;
 346         quota->charged_from = 0;
 347         quota->charge_target_from = NULL;
 348         quota->charge_addr_from = 0;
 349         quota->esz_bp = 0;
 350         return quota;
 351 }
 352
 353 struct damos *damon_new_scheme(struct damos_access_pattern *pattern,
 354                         enum damos_action action,
 355                         unsigned long apply_interval_us,
 356                         struct damos_quota *quota,
 357                         struct damos_watermarks *wmarks)
 358 {
 359         struct damos *scheme;
 360
 361         scheme = kmalloc(sizeof(*scheme), GFP_KERNEL);
 362         if (!scheme)
 363                 return NULL;
 364         scheme->pattern = *pattern;
 365         scheme->action = action;
 366         scheme->apply_interval_us = apply_interval_us;
 367         /*
 368          * next_apply_sis will be set when kdamond starts.  While kdamond is
 369          * running, it will also updated when it is added to the DAMON context,
 370          * or damon_attrs are updated.
 371          */
 372         scheme->next_apply_sis = 0;
 373         INIT_LIST_HEAD(&scheme->filters);
 374         scheme->stat = (struct damos_stat){};
 375         INIT_LIST_HEAD(&scheme->list);
 376
 377         scheme->quota = *(damos_quota_init(quota));
 378         /* quota.goals should be separately set by caller */
 379         INIT_LIST_HEAD(&scheme->quota.goals);
 380
 381         scheme->wmarks = *wmarks;
 382         scheme->wmarks.activated = true;
 383
 384         return scheme;
 385 }
 386
 387 static void damos_set_next_apply_sis(struct damos *s, struct damon_ctx *ctx)
 388 {
 389         unsigned long sample_interval = ctx->attrs.sample_interval ?
 390                 ctx->attrs.sample_interval : 1;
 391         unsigned long apply_interval = s->apply_interval_us ?
 392                 s->apply_interval_us : ctx->attrs.aggr_interval;
 393
 394         s->next_apply_sis = ctx->passed_sample_intervals +
 395                 apply_interval / sample_interval;
 396 }
 397
 398 void damon_add_scheme(struct damon_ctx *ctx, struct damos *s)
 399 {
 400         list_add_tail(&s->list, &ctx->schemes);
 401         damos_set_next_apply_sis(s, ctx);
 402 }
 403
 404 static void damon_del_scheme(struct damos *s)
 405 {
 406         list_del(&s->list);
 407 }
 408
 409 static void damon_free_scheme(struct damos *s)
 410 {
 411         kfree(s);
 412 }
 413
 414 void damon_destroy_scheme(struct damos *s)
 415 {
 416         struct damos_quota_goal *g, *g_next;
 417         struct damos_filter *f, *next;
 418
 419         damos_for_each_quota_goal_safe(g, g_next, &s->quota)
 420                 damos_destroy_quota_goal(g);
 421
 422         damos_for_each_filter_safe(f, next, s)
 423                 damos_destroy_filter(f);
 424         damon_del_scheme(s);
 425         damon_free_scheme(s);
 426 }
 427
 428 /*
 429  * Construct a damon_target struct
 430  *
 431  * Returns the pointer to the new struct if success, or NULL otherwise
 432  */
 433 struct damon_target *damon_new_target(void)
 434 {
 435         struct damon_target *t;
 436
 437         t = kmalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);
 438         if (!t)
 439                 return NULL;
 440
 441         t->pid = NULL;
 442         t->nr_regions = 0;
 443         INIT_LIST_HEAD(&t->regions_list);
 444         INIT_LIST_HEAD(&t->list);
 445
 446         return t;
 447 }
 448
 449 void damon_add_target(struct damon_ctx *ctx, struct damon_target *t)
 450 {
 451         list_add_tail(&t->list, &ctx->adaptive_targets);
 452 }
 453
 454 bool damon_targets_empty(struct damon_ctx *ctx)
 455 {
 456         return list_empty(&ctx->adaptive_targets);
 457 }
 458
 459 static void damon_del_target(struct damon_target *t)
 460 {
 461         list_del(&t->list);
 462 }
 463
 464 void damon_free_target(struct damon_target *t)
 465 {
 466         struct damon_region *r, *next;
 467
 468         damon_for_each_region_safe(r, next, t)
 469                 damon_free_region(r);
 470         kfree(t);
 471 }
 472
 473 void damon_destroy_target(struct damon_target *t)
 474 {
 475         damon_del_target(t);
 476         damon_free_target(t);
 477 }
 478
 479 unsigned int damon_nr_regions(struct damon_target *t)
 480 {
 481         return t->nr_regions;
 482 }
 483
 484 struct damon_ctx *damon_new_ctx(void)
 485 {
 486         struct damon_ctx *ctx;
 487
 488         ctx = kzalloc(sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
 489         if (!ctx)
 490                 return NULL;
 491
 492         init_completion(&ctx->kdamond_started);
 493
 494         ctx->attrs.sample_interval = 5 * 1000;
 495         ctx->attrs.aggr_interval = 100 * 1000;
 496         ctx->attrs.ops_update_interval = 60 * 1000 * 1000;
 497
 498         ctx->passed_sample_intervals = 0;
 499         /* These will be set from kdamond_init_intervals_sis() */
 500         ctx->next_aggregation_sis = 0;
 501         ctx->next_ops_update_sis = 0;
 502
 503         mutex_init(&ctx->kdamond_lock);
 504
 505         ctx->attrs.min_nr_regions = 10;
 506         ctx->attrs.max_nr_regions = 1000;
 507
 508         INIT_LIST_HEAD(&ctx->adaptive_targets);
 509         INIT_LIST_HEAD(&ctx->schemes);
 510
 511         return ctx;
 512 }
 513
 514 static void damon_destroy_targets(struct damon_ctx *ctx)
 515 {
 516         struct damon_target *t, *next_t;
 517
 518         if (ctx->ops.cleanup) {
 519                 ctx->ops.cleanup(ctx);
 520                 return;
 521         }
 522
 523         damon_for_each_target_safe(t, next_t, ctx)
 524                 damon_destroy_target(t);
 525 }
 526
 527 void damon_destroy_ctx(struct damon_ctx *ctx)
 528 {
 529         struct damos *s, *next_s;
 530
 531         damon_destroy_targets(ctx);
 532
 533         damon_for_each_scheme_safe(s, next_s, ctx)
 534                 damon_destroy_scheme(s);
 535
 536         kfree(ctx);
 537 }
 538
 539 static unsigned int damon_age_for_new_attrs(unsigned int age,
 540                 struct damon_attrs *old_attrs, struct damon_attrs *new_attrs)
 541 {
 542         return age * old_attrs->aggr_interval / new_attrs->aggr_interval;
 543 }
 544
 545 /* convert access ratio in bp (per 10,000) to nr_accesses */
 546 static unsigned int damon_accesses_bp_to_nr_accesses(
 547                 unsigned int accesses_bp, struct damon_attrs *attrs)
 548 {
 549         return accesses_bp * damon_max_nr_accesses(attrs) / 10000;
 550 }
 551
 552 /* convert nr_accesses to access ratio in bp (per 10,000) */
 553 static unsigned int damon_nr_accesses_to_accesses_bp(
 554                 unsigned int nr_accesses, struct damon_attrs *attrs)
 555 {
 556         return nr_accesses * 10000 / damon_max_nr_accesses(attrs);
 557 }
 558
 559 static unsigned int damon_nr_accesses_for_new_attrs(unsigned int nr_accesses,
 560                 struct damon_attrs *old_attrs, struct damon_attrs *new_attrs)
 561 {
 562         return damon_accesses_bp_to_nr_accesses(
 563                         damon_nr_accesses_to_accesses_bp(
 564                                 nr_accesses, old_attrs),
 565                         new_attrs);
 566 }
 567
 568 static void damon_update_monitoring_result(struct damon_region *r,
 569                 struct damon_attrs *old_attrs, struct damon_attrs *new_attrs)
 570 {
 571         r->nr_accesses = damon_nr_accesses_for_new_attrs(r->nr_accesses,
 572                         old_attrs, new_attrs);
 573         r->nr_accesses_bp = r->nr_accesses * 10000;
 574         r->age = damon_age_for_new_attrs(r->age, old_attrs, new_attrs);
 575 }
 576
 577 /*
 578  * region->nr_accesses is the number of sampling intervals in the last
 579  * aggregation interval that access to the region has found, and region->age is
 580  * the number of aggregation intervals that its access pattern has maintained.
 581  * For the reason, the real meaning of the two fields depend on current
 582  * sampling interval and aggregation interval.  This function updates
 583  * ->nr_accesses and ->age of given damon_ctx's regions for new damon_attrs.
 584  */
 585 static void damon_update_monitoring_results(struct damon_ctx *ctx,
 586                 struct damon_attrs *new_attrs)
 587 {
 588         struct damon_attrs *old_attrs = &ctx->attrs;
 589         struct damon_target *t;
 590         struct damon_region *r;
 591
 592         /* if any interval is zero, simply forgive conversion */
 593         if (!old_attrs->sample_interval || !old_attrs->aggr_interval ||
 594                         !new_attrs->sample_interval ||
 595                         !new_attrs->aggr_interval)
 596                 return;
 597
 598         damon_for_each_target(t, ctx)
 599                 damon_for_each_region(r, t)
 600                         damon_update_monitoring_result(
 601                                         r, old_attrs, new_attrs);
 602 }
 603
 604 /**
 605  * damon_set_attrs() - Set attributes for the monitoring.
 606  * @ctx:                monitoring context
 607  * @attrs:              monitoring attributes
 608  *
 609  * This function should be called while the kdamond is not running, or an
 610  * access check results aggregation is not ongoing (e.g., from
 611  * &struct damon_callback->after_aggregation or
 612  * &struct damon_callback->after_wmarks_check callbacks).
 613  *
 614  * Every time interval is in micro-seconds.
 615  *
 616  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
 617  */
 618 int damon_set_attrs(struct damon_ctx *ctx, struct damon_attrs *attrs)
 619 {
 620         unsigned long sample_interval = attrs->sample_interval ?
 621                 attrs->sample_interval : 1;
 622         struct damos *s;
 623
 624         if (attrs->min_nr_regions < 3)
 625                 return -EINVAL;
 626         if (attrs->min_nr_regions > attrs->max_nr_regions)
 627                 return -EINVAL;
 628         if (attrs->sample_interval > attrs->aggr_interval)
 629                 return -EINVAL;
 630
 631         ctx->next_aggregation_sis = ctx->passed_sample_intervals +
 632                 attrs->aggr_interval / sample_interval;
 633         ctx->next_ops_update_sis = ctx->passed_sample_intervals +
 634                 attrs->ops_update_interval / sample_interval;
 635
 636         damon_update_monitoring_results(ctx, attrs);
 637         ctx->attrs = *attrs;
 638
 639         damon_for_each_scheme(s, ctx)
 640                 damos_set_next_apply_sis(s, ctx);
 641
 642         return 0;
 643 }
 644
 645 /**
 646  * damon_set_schemes() - Set data access monitoring based operation schemes.
 647  * @ctx:        monitoring context
 648  * @schemes:    array of the schemes
 649  * @nr_schemes: number of entries in @schemes
 650  *
 651  * This function should not be called while the kdamond of the context is
 652  * running.
 653  */
 654 void damon_set_schemes(struct damon_ctx *ctx, struct damos **schemes,
 655                         ssize_t nr_schemes)
 656 {
 657         struct damos *s, *next;
 658         ssize_t i;
 659
 660         damon_for_each_scheme_safe(s, next, ctx)
 661                 damon_destroy_scheme(s);
 662         for (i = 0; i < nr_schemes; i++)
 663                 damon_add_scheme(ctx, schemes[i]);
 664 }
 665
 666 /**
 667  * damon_nr_running_ctxs() - Return number of currently running contexts.
 668  */
 669 int damon_nr_running_ctxs(void)
 670 {
 671         int nr_ctxs;
 672
 673         mutex_lock(&damon_lock);
 674         nr_ctxs = nr_running_ctxs;
 675         mutex_unlock(&damon_lock);
 676
 677         return nr_ctxs;
 678 }
 679
 680 /* Returns the size upper limit for each monitoring region */
 681 static unsigned long damon_region_sz_limit(struct damon_ctx *ctx)
 682 {
 683         struct damon_target *t;
 684         struct damon_region *r;
 685         unsigned long sz = 0;
 686
 687         damon_for_each_target(t, ctx) {
 688                 damon_for_each_region(r, t)
 689                         sz += damon_sz_region(r);
 690         }
 691
 692         if (ctx->attrs.min_nr_regions)
 693                 sz /= ctx->attrs.min_nr_regions;
 694         if (sz < DAMON_MIN_REGION)
 695                 sz = DAMON_MIN_REGION;
 696
 697         return sz;
 698 }
 699
 700 static int kdamond_fn(void *data);
 701
 702 /*
 703  * __damon_start() - Starts monitoring with given context.
 704  * @ctx:        monitoring context
 705  *
 706  * This function should be called while damon_lock is hold.
 707  *
 708  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
 709  */
 710 static int __damon_start(struct damon_ctx *ctx)
 711 {
 712         int err = -EBUSY;
 713
 714         mutex_lock(&ctx->kdamond_lock);
 715         if (!ctx->kdamond) {
 716                 err = 0;
 717                 reinit_completion(&ctx->kdamond_started);
 718                 ctx->kdamond = kthread_run(kdamond_fn, ctx, "kdamond.%d",
 719                                 nr_running_ctxs);
 720                 if (IS_ERR(ctx->kdamond)) {
 721                         err = PTR_ERR(ctx->kdamond);
 722                         ctx->kdamond = NULL;
 723                 } else {
 724                         wait_for_completion(&ctx->kdamond_started);
 725                 }
 726         }
 727         mutex_unlock(&ctx->kdamond_lock);
 728
 729         return err;
 730 }
 731
 732 /**
 733  * damon_start() - Starts the monitorings for a given group of contexts.
 734  * @ctxs:       an array of the pointers for contexts to start monitoring
 735  * @nr_ctxs:    size of @ctxs
 736  * @exclusive:  exclusiveness of this contexts group
 737  *
 738  * This function starts a group of monitoring threads for a group of monitoring
 739  * contexts.  One thread per each context is created and run in parallel.  The
 740  * caller should handle synchronization between the threads by itself.  If
 741  * @exclusive is true and a group of threads that created by other
 742  * 'damon_start()' call is currently running, this function does nothing but
 743  * returns -EBUSY.
 744  *
 745  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
 746  */
 747 int damon_start(struct damon_ctx **ctxs, int nr_ctxs, bool exclusive)
 748 {
 749         int i;
 750         int err = 0;
 751
 752         mutex_lock(&damon_lock);
 753         if ((exclusive && nr_running_ctxs) ||
 754                         (!exclusive && running_exclusive_ctxs)) {
 755                 mutex_unlock(&damon_lock);
 756                 return -EBUSY;
 757         }
 758
 759         for (i = 0; i < nr_ctxs; i++) {
 760                 err = __damon_start(ctxs[i]);
 761                 if (err)
 762                         break;
 763                 nr_running_ctxs++;
 764         }
 765         if (exclusive && nr_running_ctxs)
 766                 running_exclusive_ctxs = true;
 767         mutex_unlock(&damon_lock);
 768
 769         return err;
 770 }
 771
 772 /*
 773  * __damon_stop() - Stops monitoring of a given context.
 774  * @ctx:        monitoring context
 775  *
 776  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
 777  */
 778 static int __damon_stop(struct damon_ctx *ctx)
 779 {
 780         struct task_struct *tsk;
 781
 782         mutex_lock(&ctx->kdamond_lock);
 783         tsk = ctx->kdamond;
 784         if (tsk) {
 785                 get_task_struct(tsk);
 786                 mutex_unlock(&ctx->kdamond_lock);
 787                 kthread_stop_put(tsk);
 788                 return 0;
 789         }
 790         mutex_unlock(&ctx->kdamond_lock);
 791
 792         return -EPERM;
 793 }
 794
 795 /**
 796  * damon_stop() - Stops the monitorings for a given group of contexts.
 797  * @ctxs:       an array of the pointers for contexts to stop monitoring
 798  * @nr_ctxs:    size of @ctxs
 799  *
 800  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
 801  */
 802 int damon_stop(struct damon_ctx **ctxs, int nr_ctxs)
 803 {
 804         int i, err = 0;
 805
 806         for (i = 0; i < nr_ctxs; i++) {
 807                 /* nr_running_ctxs is decremented in kdamond_fn */
 808                 err = __damon_stop(ctxs[i]);
 809                 if (err)
 810                         break;
 811         }
 812         return err;
 813 }
 814
 815 /*
 816  * Reset the aggregated monitoring results ('nr_accesses' of each region).
 817  */
 818 static void kdamond_reset_aggregated(struct damon_ctx *c)
 819 {
 820         struct damon_target *t;
 821         unsigned int ti = 0;    /* target's index */
 822
 823         damon_for_each_target(t, c) {
 824                 struct damon_region *r;
 825
 826                 damon_for_each_region(r, t) {
 827                         trace_damon_aggregated(ti, r, damon_nr_regions(t));
 828                         r->last_nr_accesses = r->nr_accesses;
 829                         r->nr_accesses = 0;
 830                 }
 831                 ti++;
 832         }
 833 }
 834
 835 static void damon_split_region_at(struct damon_target *t,
 836                                   struct damon_region *r, unsigned long sz_r);
 837
 838 static bool __damos_valid_target(struct damon_region *r, struct damos *s)
 839 {
 840         unsigned long sz;
 841         unsigned int nr_accesses = r->nr_accesses_bp / 10000;
 842
 843         sz = damon_sz_region(r);
 844         return s->pattern.min_sz_region <= sz &&
 845                 sz <= s->pattern.max_sz_region &&
 846                 s->pattern.min_nr_accesses <= nr_accesses &&
 847                 nr_accesses <= s->pattern.max_nr_accesses &&
 848                 s->pattern.min_age_region <= r->age &&
 849                 r->age <= s->pattern.max_age_region;
 850 }
 851
 852 static bool damos_valid_target(struct damon_ctx *c, struct damon_target *t,
 853                 struct damon_region *r, struct damos *s)
 854 {
 855         bool ret = __damos_valid_target(r, s);
 856
 857         if (!ret || !s->quota.esz || !c->ops.get_scheme_score)
 858                 return ret;
 859
 860         return c->ops.get_scheme_score(c, t, r, s) >= s->quota.min_score;
 861 }
 862
 863 /*
 864  * damos_skip_charged_region() - Check if the given region or starting part of
 865  * it is already charged for the DAMOS quota.
 866  * @t:  The target of the region.
 867  * @rp: The pointer to the region.
 868  * @s:  The scheme to be applied.
 869  *
 870  * If a quota of a scheme has exceeded in a quota charge window, the scheme's
 871  * action would applied to only a part of the target access pattern fulfilling
 872  * regions.  To avoid applying the scheme action to only already applied
 873  * regions, DAMON skips applying the scheme action to the regions that charged
 874  * in the previous charge window.
 875  *
 876  * This function checks if a given region should be skipped or not for the
 877  * reason.  If only the starting part of the region has previously charged,
 878  * this function splits the region into two so that the second one covers the
 879  * area that not charged in the previous charge widnow and saves the second
 880  * region in *rp and returns false, so that the caller can apply DAMON action
 881  * to the second one.
 882  *
 883  * Return: true if the region should be entirely skipped, false otherwise.
 884  */
 885 static bool damos_skip_charged_region(struct damon_target *t,
 886                 struct damon_region **rp, struct damos *s)
 887 {
 888         struct damon_region *r = *rp;
 889         struct damos_quota *quota = &s->quota;
 890         unsigned long sz_to_skip;
 891
 892         /* Skip previously charged regions */
 893         if (quota->charge_target_from) {
 894                 if (t != quota->charge_target_from)
 895                         return true;
 896                 if (r == damon_last_region(t)) {
 897                         quota->charge_target_from = NULL;
 898                         quota->charge_addr_from = 0;
 899                         return true;
 900                 }
 901                 if (quota->charge_addr_from &&
 902                                 r->ar.end <= quota->charge_addr_from)
 903                         return true;
 904
 905                 if (quota->charge_addr_from && r->ar.start <
 906                                 quota->charge_addr_from) {
 907                         sz_to_skip = ALIGN_DOWN(quota->charge_addr_from -
 908                                         r->ar.start, DAMON_MIN_REGION);
 909                         if (!sz_to_skip) {
 910                                 if (damon_sz_region(r) <= DAMON_MIN_REGION)
 911                                         return true;
 912                                 sz_to_skip = DAMON_MIN_REGION;
 913                         }
 914                         damon_split_region_at(t, r, sz_to_skip);
 915                         r = damon_next_region(r);
 916                         *rp = r;
 917                 }
 918                 quota->charge_target_from = NULL;
 919                 quota->charge_addr_from = 0;
 920         }
 921         return false;
 922 }
 923
 924 static void damos_update_stat(struct damos *s,
 925                 unsigned long sz_tried, unsigned long sz_applied)
 926 {
 927         s->stat.nr_tried++;
 928         s->stat.sz_tried += sz_tried;
 929         if (sz_applied)
 930                 s->stat.nr_applied++;
 931         s->stat.sz_applied += sz_applied;
 932 }
 933
 934 static bool __damos_filter_out(struct damon_ctx *ctx, struct damon_target *t,
 935                 struct damon_region *r, struct damos_filter *filter)
 936 {
 937         bool matched = false;
 938         struct damon_target *ti;
 939         int target_idx = 0;
 940         unsigned long start, end;
 941
 942         switch (filter->type) {
 943         case DAMOS_FILTER_TYPE_TARGET:
 944                 damon_for_each_target(ti, ctx) {
 945                         if (ti == t)
 946                                 break;
 947                         target_idx++;
 948                 }
 949                 matched = target_idx == filter->target_idx;
 950                 break;
 951         case DAMOS_FILTER_TYPE_ADDR:
 952                 start = ALIGN_DOWN(filter->addr_range.start, DAMON_MIN_REGION);
 953                 end = ALIGN_DOWN(filter->addr_range.end, DAMON_MIN_REGION);
 954
 955                 /* inside the range */
 956                 if (start <= r->ar.start && r->ar.end <= end) {
 957                         matched = true;
 958                         break;
 959                 }
 960                 /* outside of the range */
 961                 if (r->ar.end <= start || end <= r->ar.start) {
 962                         matched = false;
 963                         break;
 964                 }
 965                 /* start before the range and overlap */
 966                 if (r->ar.start < start) {
 967                         damon_split_region_at(t, r, start - r->ar.start);
 968                         matched = false;
 969                         break;
 970                 }
 971                 /* start inside the range */
 972                 damon_split_region_at(t, r, end - r->ar.start);
 973                 matched = true;
 974                 break;
 975         default:
 976                 return false;
 977         }
 978
 979         return matched == filter->matching;
 980 }
 981
 982 static bool damos_filter_out(struct damon_ctx *ctx, struct damon_target *t,
 983                 struct damon_region *r, struct damos *s)
 984 {
 985         struct damos_filter *filter;
 986
 987         damos_for_each_filter(filter, s) {
 988                 if (__damos_filter_out(ctx, t, r, filter))
 989                         return true;
 990         }
 991         return false;
 992 }
 993
 994 static void damos_apply_scheme(struct damon_ctx *c, struct damon_target *t,
 995                 struct damon_region *r, struct damos *s)
 996 {
 997         struct damos_quota *quota = &s->quota;
 998         unsigned long sz = damon_sz_region(r);
 999         struct timespec64 begin, end;
1000         unsigned long sz_applied = 0;
1001         int err = 0;
1002         /*
1003          * We plan to support multiple context per kdamond, as DAMON sysfs
1004          * implies with 'nr_contexts' file.  Nevertheless, only single context
1005          * per kdamond is supported for now.  So, we can simply use '0' context
1006          * index here.
1007          */
1008         unsigned int cidx = 0;
1009         struct damos *siter;            /* schemes iterator */
1010         unsigned int sidx = 0;
1011         struct damon_target *titer;     /* targets iterator */
1012         unsigned int tidx = 0;
1013         bool do_trace = false;
1014
1015         /* get indices for trace_damos_before_apply() */
1016         if (trace_damos_before_apply_enabled()) {
1017                 damon_for_each_scheme(siter, c) {
1018                         if (siter == s)
1019                                 break;
1020                         sidx++;
1021                 }
1022                 damon_for_each_target(titer, c) {
1023                         if (titer == t)
1024                                 break;
1025                         tidx++;
1026                 }
1027                 do_trace = true;
1028         }
1029
1030         if (c->ops.apply_scheme) {
1031                 if (quota->esz && quota->charged_sz + sz > quota->esz) {
1032                         sz = ALIGN_DOWN(quota->esz - quota->charged_sz,
1033                                         DAMON_MIN_REGION);
1034                         if (!sz)
1035                                 goto update_stat;
1036                         damon_split_region_at(t, r, sz);
1037                 }
1038                 if (damos_filter_out(c, t, r, s))
1039                         return;
1040                 ktime_get_coarse_ts64(&begin);
1041                 if (c->callback.before_damos_apply)
1042                         err = c->callback.before_damos_apply(c, t, r, s);
1043                 if (!err) {
1044                         trace_damos_before_apply(cidx, sidx, tidx, r,
1045                                         damon_nr_regions(t), do_trace);
1046                         sz_applied = c->ops.apply_scheme(c, t, r, s);
1047                 }
1048                 ktime_get_coarse_ts64(&end);
1049                 quota->total_charged_ns += timespec64_to_ns(&end) -
1050                         timespec64_to_ns(&begin);
1051                 quota->charged_sz += sz;
1052                 if (quota->esz && quota->charged_sz >= quota->esz) {
1053                         quota->charge_target_from = t;
1054                         quota->charge_addr_from = r->ar.end + 1;
1055                 }
1056         }
1057         if (s->action != DAMOS_STAT)
1058                 r->age = 0;
1059
1060 update_stat:
1061         damos_update_stat(s, sz, sz_applied);
1062 }
1063
1064 static void damon_do_apply_schemes(struct damon_ctx *c,
1065                                    struct damon_target *t,
1066                                    struct damon_region *r)
1067 {
1068         struct damos *s;
1069
1070         damon_for_each_scheme(s, c) {
1071                 struct damos_quota *quota = &s->quota;
1072
1073                 if (c->passed_sample_intervals != s->next_apply_sis)
1074                         continue;
1075
1076                 if (!s->wmarks.activated)
1077                         continue;
1078
1079                 /* Check the quota */
1080                 if (quota->esz && quota->charged_sz >= quota->esz)
1081                         continue;
1082
1083                 if (damos_skip_charged_region(t, &r, s))
1084                         continue;
1085
1086                 if (!damos_valid_target(c, t, r, s))
1087                         continue;
1088
1089                 damos_apply_scheme(c, t, r, s);
1090         }
1091 }
1092
1093 /*
1094  * damon_feed_loop_next_input() - get next input to achieve a target score.
1095  * @last_input  The last input.
1096  * @score       Current score that made with @last_input.
1097  *
1098  * Calculate next input to achieve the target score, based on the last input
1099  * and current score.  Assuming the input and the score are positively
1100  * proportional, calculate how much compensation should be added to or
1101  * subtracted from the last input as a proportion of the last input.  Avoid
1102  * next input always being zero by setting it non-zero always.  In short form
1103  * (assuming support of float and signed calculations), the algorithm is as
1104  * below.
1105  *
1106  * next_input = max(last_input * ((goal - current) / goal + 1), 1)
1107  *
1108  * For simple implementation, we assume the target score is always 10,000.  The
1109  * caller should adjust @score for this.
1110  *
1111  * Returns next input that assumed to achieve the target score.
1112  */
1113 static unsigned long damon_feed_loop_next_input(unsigned long last_input,
1114                 unsigned long score)
1115 {
1116         const unsigned long goal = 10000;
1117         unsigned long score_goal_diff = max(goal, score) - min(goal, score);
1118         unsigned long score_goal_diff_bp = score_goal_diff * 10000 / goal;
1119         unsigned long compensation = last_input * score_goal_diff_bp / 10000;
1120         /* Set minimum input as 10000 to avoid compensation be zero */
1121         const unsigned long min_input = 10000;
1122
1123         if (goal > score)
1124                 return last_input + compensation;
1125         if (last_input > compensation + min_input)
1126                 return last_input - compensation;
1127         return min_input;
1128 }
1129
1130 #ifdef CONFIG_PSI
1131
1132 static u64 damos_get_some_mem_psi_total(void)
1133 {
1134         if (static_branch_likely(&psi_disabled))
1135                 return 0;
1136         return div_u64(psi_system.total[PSI_AVGS][PSI_MEM * 2],
1137                         NSEC_PER_USEC);
1138 }
1139
1140 #else   /* CONFIG_PSI */
1141
1142 static inline u64 damos_get_some_mem_psi_total(void)
1143 {
1144         return 0;
1145 };
1146
1147 #endif  /* CONFIG_PSI */
1148
1149 static void damos_set_quota_goal_current_value(struct damos_quota_goal *goal)
1150 {
1151         u64 now_psi_total;
1152
1153         switch (goal->metric) {
1154         case DAMOS_QUOTA_USER_INPUT:
1155                 /* User should already set goal->current_value */
1156                 break;
1157         case DAMOS_QUOTA_SOME_MEM_PSI_US:
1158                 now_psi_total = damos_get_some_mem_psi_total();
1159                 goal->current_value = now_psi_total - goal->last_psi_total;
1160                 goal->last_psi_total = now_psi_total;
1161                 break;
1162         default:
1163                 break;
1164         }
1165 }
1166
1167 /* Return the highest score since it makes schemes least aggressive */
1168 static unsigned long damos_quota_score(struct damos_quota *quota)
1169 {
1170         struct damos_quota_goal *goal;
1171         unsigned long highest_score = 0;
1172
1173         damos_for_each_quota_goal(goal, quota) {
1174                 damos_set_quota_goal_current_value(goal);
1175                 highest_score = max(highest_score,
1176                                 goal->current_value * 10000 /
1177                                 goal->target_value);
1178         }
1179
1180         return highest_score;
1181 }
1182
1183 /*
1184  * Called only if quota->ms, or quota->sz are set, or quota->goals is not empty
1185  */
1186 static void damos_set_effective_quota(struct damos_quota *quota)
1187 {
1188         unsigned long throughput;
1189         unsigned long esz;
1190
1191         if (!quota->ms && list_empty(&quota->goals)) {
1192                 quota->esz = quota->sz;
1193                 return;
1194         }
1195
1196         if (!list_empty(&quota->goals)) {
1197                 unsigned long score = damos_quota_score(quota);
1198
1199                 quota->esz_bp = damon_feed_loop_next_input(
1200                                 max(quota->esz_bp, 10000UL),
1201                                 score);
1202                 esz = quota->esz_bp / 10000;
1203         }
1204
1205         if (quota->ms) {
1206                 if (quota->total_charged_ns)
1207                         throughput = quota->total_charged_sz * 1000000 /
1208                                 quota->total_charged_ns;
1209                 else
1210                         throughput = PAGE_SIZE * 1024;
1211                 if (!list_empty(&quota->goals))
1212                         esz = min(throughput * quota->ms, esz);
1213                 else
1214                         esz = throughput * quota->ms;
1215         }
1216
1217         if (quota->sz && quota->sz < esz)
1218                 esz = quota->sz;
1219
1220         quota->esz = esz;
1221 }
1222
1223 static void damos_adjust_quota(struct damon_ctx *c, struct damos *s)
1224 {
1225         struct damos_quota *quota = &s->quota;
1226         struct damon_target *t;
1227         struct damon_region *r;
1228         unsigned long cumulated_sz;
1229         unsigned int score, max_score = 0;
1230
1231         if (!quota->ms && !quota->sz && list_empty(&quota->goals))
1232                 return;
1233
1234         /* New charge window starts */
1235         if (time_after_eq(jiffies, quota->charged_from +
1236                                 msecs_to_jiffies(quota->reset_interval))) {
1237                 if (quota->esz && quota->charged_sz >= quota->esz)
1238                         s->stat.qt_exceeds++;
1239                 quota->total_charged_sz += quota->charged_sz;
1240                 quota->charged_from = jiffies;
1241                 quota->charged_sz = 0;
1242                 damos_set_effective_quota(quota);
1243         }
1244
1245         if (!c->ops.get_scheme_score)
1246                 return;
1247
1248         /* Fill up the score histogram */
1249         memset(quota->histogram, 0, sizeof(quota->histogram));
1250         damon_for_each_target(t, c) {
1251                 damon_for_each_region(r, t) {
1252                         if (!__damos_valid_target(r, s))
1253                                 continue;
1254                         score = c->ops.get_scheme_score(c, t, r, s);
1255                         quota->histogram[score] += damon_sz_region(r);
1256                         if (score > max_score)
1257                                 max_score = score;
1258                 }
1259         }
1260
1261         /* Set the min score limit */
1262         for (cumulated_sz = 0, score = max_score; ; score--) {
1263                 cumulated_sz += quota->histogram[score];
1264                 if (cumulated_sz >= quota->esz || !score)
1265                         break;
1266         }
1267         quota->min_score = score;
1268 }
1269
1270 static void kdamond_apply_schemes(struct damon_ctx *c)
1271 {
1272         struct damon_target *t;
1273         struct damon_region *r, *next_r;
1274         struct damos *s;
1275         unsigned long sample_interval = c->attrs.sample_interval ?
1276                 c->attrs.sample_interval : 1;
1277         bool has_schemes_to_apply = false;
1278
1279         damon_for_each_scheme(s, c) {
1280                 if (c->passed_sample_intervals != s->next_apply_sis)
1281                         continue;
1282
1283                 if (!s->wmarks.activated)
1284                         continue;
1285
1286                 has_schemes_to_apply = true;
1287
1288                 damos_adjust_quota(c, s);
1289         }
1290
1291         if (!has_schemes_to_apply)
1292                 return;
1293
1294         damon_for_each_target(t, c) {
1295                 damon_for_each_region_safe(r, next_r, t)
1296                         damon_do_apply_schemes(c, t, r);
1297         }
1298
1299         damon_for_each_scheme(s, c) {
1300                 if (c->passed_sample_intervals != s->next_apply_sis)
1301                         continue;
1302                 s->next_apply_sis +=
1303                         (s->apply_interval_us ? s->apply_interval_us :
1304                          c->attrs.aggr_interval) / sample_interval;
1305         }
1306 }
1307
1308 /*
1309  * Merge two adjacent regions into one region
1310  */
1311 static void damon_merge_two_regions(struct damon_target *t,
1312                 struct damon_region *l, struct damon_region *r)
1313 {
1314         unsigned long sz_l = damon_sz_region(l), sz_r = damon_sz_region(r);
1315
1316         l->nr_accesses = (l->nr_accesses * sz_l + r->nr_accesses * sz_r) /
1317                         (sz_l + sz_r);
1318         l->nr_accesses_bp = l->nr_accesses * 10000;
1319         l->age = (l->age * sz_l + r->age * sz_r) / (sz_l + sz_r);
1320         l->ar.end = r->ar.end;
1321         damon_destroy_region(r, t);
1322 }
1323
1324 /*
1325  * Merge adjacent regions having similar access frequencies
1326  *
1327  * t            target affected by this merge operation
1328  * thres        '->nr_accesses' diff threshold for the merge
1329  * sz_limit     size upper limit of each region
1330  */
1331 static void damon_merge_regions_of(struct damon_target *t, unsigned int thres,
1332                                    unsigned long sz_limit)
1333 {
1334         struct damon_region *r, *prev = NULL, *next;
1335
1336         damon_for_each_region_safe(r, next, t) {
1337                 if (abs(r->nr_accesses - r->last_nr_accesses) > thres)
1338                         r->age = 0;
1339                 else
1340                         r->age++;
1341
1342                 if (prev && prev->ar.end == r->ar.start &&
1343                     abs(prev->nr_accesses - r->nr_accesses) <= thres &&
1344                     damon_sz_region(prev) + damon_sz_region(r) <= sz_limit)
1345                         damon_merge_two_regions(t, prev, r);
1346                 else
1347                         prev = r;
1348         }
1349 }
1350
1351 /*
1352  * Merge adjacent regions having similar access frequencies
1353  *
1354  * threshold    '->nr_accesses' diff threshold for the merge
1355  * sz_limit     size upper limit of each region
1356  *
1357  * This function merges monitoring target regions which are adjacent and their
1358  * access frequencies are similar.  This is for minimizing the monitoring
1359  * overhead under the dynamically changeable access pattern.  If a merge was
1360  * unnecessarily made, later 'kdamond_split_regions()' will revert it.
1361  *
1362  * The total number of regions could be higher than the user-defined limit,
1363  * max_nr_regions for some cases.  For example, the user can update
1364  * max_nr_regions to a number that lower than the current number of regions
1365  * while DAMON is running.  For such a case, repeat merging until the limit is
1366  * met while increasing @threshold up to possible maximum level.
1367  */
1368 static void kdamond_merge_regions(struct damon_ctx *c, unsigned int threshold,
1369                                   unsigned long sz_limit)
1370 {
1371         struct damon_target *t;
1372         unsigned int nr_regions;
1373         unsigned int max_thres;
1374
1375         max_thres = c->attrs.aggr_interval /
1376                 (c->attrs.sample_interval ?  c->attrs.sample_interval : 1);
1377         do {
1378                 nr_regions = 0;
1379                 damon_for_each_target(t, c) {
1380                         damon_merge_regions_of(t, threshold, sz_limit);
1381                         nr_regions += damon_nr_regions(t);
1382                 }
1383                 threshold = max(1, threshold * 2);
1384         } while (nr_regions > c->attrs.max_nr_regions &&
1385                         threshold / 2 < max_thres);
1386 }
1387
1388 /*
1389  * Split a region in two
1390  *
1391  * r            the region to be split
1392  * sz_r         size of the first sub-region that will be made
1393  */
1394 static void damon_split_region_at(struct damon_target *t,
1395                                   struct damon_region *r, unsigned long sz_r)
1396 {
1397         struct damon_region *new;
1398
1399         new = damon_new_region(r->ar.start + sz_r, r->ar.end);
1400         if (!new)
1401                 return;
1402
1403         r->ar.end = new->ar.start;
1404
1405         new->age = r->age;
1406         new->last_nr_accesses = r->last_nr_accesses;
1407         new->nr_accesses_bp = r->nr_accesses_bp;
1408         new->nr_accesses = r->nr_accesses;
1409
1410         damon_insert_region(new, r, damon_next_region(r), t);
1411 }
1412
1413 /* Split every region in the given target into 'nr_subs' regions */
1414 static void damon_split_regions_of(struct damon_target *t, int nr_subs)
1415 {
1416         struct damon_region *r, *next;
1417         unsigned long sz_region, sz_sub = 0;
1418         int i;
1419
1420         damon_for_each_region_safe(r, next, t) {
1421                 sz_region = damon_sz_region(r);
1422
1423                 for (i = 0; i < nr_subs - 1 &&
1424                                 sz_region > 2 * DAMON_MIN_REGION; i++) {
1425                         /*
1426                          * Randomly select size of left sub-region to be at
1427                          * least 10 percent and at most 90% of original region
1428                          */
1429                         sz_sub = ALIGN_DOWN(damon_rand(1, 10) *
1430                                         sz_region / 10, DAMON_MIN_REGION);
1431                         /* Do not allow blank region */
1432                         if (sz_sub == 0 || sz_sub >= sz_region)
1433                                 continue;
1434
1435                         damon_split_region_at(t, r, sz_sub);
1436                         sz_region = sz_sub;
1437                 }
1438         }
1439 }
1440
1441 /*
1442  * Split every target region into randomly-sized small regions
1443  *
1444  * This function splits every target region into random-sized small regions if
1445  * current total number of the regions is equal or smaller than half of the
1446  * user-specified maximum number of regions.  This is for maximizing the
1447  * monitoring accuracy under the dynamically changeable access patterns.  If a
1448  * split was unnecessarily made, later 'kdamond_merge_regions()' will revert
1449  * it.
1450  */
1451 static void kdamond_split_regions(struct damon_ctx *ctx)
1452 {
1453         struct damon_target *t;
1454         unsigned int nr_regions = 0;
1455         static unsigned int last_nr_regions;
1456         int nr_subregions = 2;
1457
1458         damon_for_each_target(t, ctx)
1459                 nr_regions += damon_nr_regions(t);
1460
1461         if (nr_regions > ctx->attrs.max_nr_regions / 2)
1462                 return;
1463
1464         /* Maybe the middle of the region has different access frequency */
1465         if (last_nr_regions == nr_regions &&
1466                         nr_regions < ctx->attrs.max_nr_regions / 3)
1467                 nr_subregions = 3;
1468
1469         damon_for_each_target(t, ctx)
1470                 damon_split_regions_of(t, nr_subregions);
1471
1472         last_nr_regions = nr_regions;
1473 }
1474
1475 /*
1476  * Check whether current monitoring should be stopped
1477  *
1478  * The monitoring is stopped when either the user requested to stop, or all
1479  * monitoring targets are invalid.
1480  *
1481  * Returns true if need to stop current monitoring.
1482  */
1483 static bool kdamond_need_stop(struct damon_ctx *ctx)
1484 {
1485         struct damon_target *t;
1486
1487         if (kthread_should_stop())
1488                 return true;
1489
1490         if (!ctx->ops.target_valid)
1491                 return false;
1492
1493         damon_for_each_target(t, ctx) {
1494                 if (ctx->ops.target_valid(t))
1495                         return false;
1496         }
1497
1498         return true;
1499 }
1500
1501 static int damos_get_wmark_metric_value(enum damos_wmark_metric metric,
1502                                         unsigned long *metric_value)
1503 {
1504         switch (metric) {
1505         case DAMOS_WMARK_FREE_MEM_RATE:
1506                 *metric_value = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) * 1000 /
1507                        totalram_pages();
1508                 return 0;
1509         default:
1510                 break;
1511         }
1512         return -EINVAL;
1513 }
1514
1515 /*
1516  * Returns zero if the scheme is active.  Else, returns time to wait for next
1517  * watermark check in micro-seconds.
1518  */
1519 static unsigned long damos_wmark_wait_us(struct damos *scheme)
1520 {
1521         unsigned long metric;
1522
1523         if (damos_get_wmark_metric_value(scheme->wmarks.metric, &metric))
1524                 return 0;
1525
1526         /* higher than high watermark or lower than low watermark */
1527         if (metric > scheme->wmarks.high || scheme->wmarks.low > metric) {
1528                 if (scheme->wmarks.activated)
1529                         pr_debug("deactivate a scheme (%d) for %s wmark\n",
1530                                         scheme->action,
1531                                         metric > scheme->wmarks.high ?
1532                                         "high" : "low");
1533                 scheme->wmarks.activated = false;
1534                 return scheme->wmarks.interval;
1535         }
1536
1537         /* inactive and higher than middle watermark */
1538         if ((scheme->wmarks.high >= metric && metric >= scheme->wmarks.mid) &&
1539                         !scheme->wmarks.activated)
1540                 return scheme->wmarks.interval;
1541
1542         if (!scheme->wmarks.activated)
1543                 pr_debug("activate a scheme (%d)\n", scheme->action);
1544         scheme->wmarks.activated = true;
1545         return 0;
1546 }
1547
1548 static void kdamond_usleep(unsigned long usecs)
1549 {
1550         /* See Documentation/timers/timers-howto.rst for the thresholds */
1551         if (usecs > 20 * USEC_PER_MSEC)
1552                 schedule_timeout_idle(usecs_to_jiffies(usecs));
1553         else
1554                 usleep_idle_range(usecs, usecs + 1);
1555 }
1556
1557 /* Returns negative error code if it's not activated but should return */
1558 static int kdamond_wait_activation(struct damon_ctx *ctx)
1559 {
1560         struct damos *s;
1561         unsigned long wait_time;
1562         unsigned long min_wait_time = 0;
1563         bool init_wait_time = false;
1564
1565         while (!kdamond_need_stop(ctx)) {
1566                 damon_for_each_scheme(s, ctx) {
1567                         wait_time = damos_wmark_wait_us(s);
1568                         if (!init_wait_time || wait_time < min_wait_time) {
1569                                 init_wait_time = true;
1570                                 min_wait_time = wait_time;
1571                         }
1572                 }
1573                 if (!min_wait_time)
1574                         return 0;
1575
1576                 kdamond_usleep(min_wait_time);
1577
1578                 if (ctx->callback.after_wmarks_check &&
1579                                 ctx->callback.after_wmarks_check(ctx))
1580                         break;
1581         }
1582         return -EBUSY;
1583 }
1584
1585 static void kdamond_init_intervals_sis(struct damon_ctx *ctx)
1586 {
1587         unsigned long sample_interval = ctx->attrs.sample_interval ?
1588                 ctx->attrs.sample_interval : 1;
1589         unsigned long apply_interval;
1590         struct damos *scheme;
1591
1592         ctx->passed_sample_intervals = 0;
1593         ctx->next_aggregation_sis = ctx->attrs.aggr_interval / sample_interval;
1594         ctx->next_ops_update_sis = ctx->attrs.ops_update_interval /
1595                 sample_interval;
1596
1597         damon_for_each_scheme(scheme, ctx) {
1598                 apply_interval = scheme->apply_interval_us ?
1599                         scheme->apply_interval_us : ctx->attrs.aggr_interval;
1600                 scheme->next_apply_sis = apply_interval / sample_interval;
1601         }
1602 }
1603
1604 /*
1605  * The monitoring daemon that runs as a kernel thread
1606  */
1607 static int kdamond_fn(void *data)
1608 {
1609         struct damon_ctx *ctx = data;
1610         struct damon_target *t;
1611         struct damon_region *r, *next;
1612         unsigned int max_nr_accesses = 0;
1613         unsigned long sz_limit = 0;
1614
1615         pr_debug("kdamond (%d) starts\n", current->pid);
1616
1617         complete(&ctx->kdamond_started);
1618         kdamond_init_intervals_sis(ctx);
1619
1620         if (ctx->ops.init)
1621                 ctx->ops.init(ctx);
1622         if (ctx->callback.before_start && ctx->callback.before_start(ctx))
1623                 goto done;
1624
1625         sz_limit = damon_region_sz_limit(ctx);
1626
1627         while (!kdamond_need_stop(ctx)) {
1628                 /*
1629                  * ctx->attrs and ctx->next_{aggregation,ops_update}_sis could
1630                  * be changed from after_wmarks_check() or after_aggregation()
1631                  * callbacks.  Read the values here, and use those for this
1632                  * iteration.  That is, damon_set_attrs() updated new values
1633                  * are respected from next iteration.
1634                  */
1635                 unsigned long next_aggregation_sis = ctx->next_aggregation_sis;
1636                 unsigned long next_ops_update_sis = ctx->next_ops_update_sis;
1637                 unsigned long sample_interval = ctx->attrs.sample_interval;
1638
1639                 if (kdamond_wait_activation(ctx))
1640                         break;
1641
1642                 if (ctx->ops.prepare_access_checks)
1643                         ctx->ops.prepare_access_checks(ctx);
1644                 if (ctx->callback.after_sampling &&
1645                                 ctx->callback.after_sampling(ctx))
1646                         break;
1647
1648                 kdamond_usleep(sample_interval);
1649                 ctx->passed_sample_intervals++;
1650
1651                 if (ctx->ops.check_accesses)
1652                         max_nr_accesses = ctx->ops.check_accesses(ctx);
1653
1654                 if (ctx->passed_sample_intervals == next_aggregation_sis) {
1655                         kdamond_merge_regions(ctx,
1656                                         max_nr_accesses / 10,
1657                                         sz_limit);
1658                         if (ctx->callback.after_aggregation &&
1659                                         ctx->callback.after_aggregation(ctx))
1660                                 break;
1661                 }
1662
1663                 /*
1664                  * do kdamond_apply_schemes() after kdamond_merge_regions() if
1665                  * possible, to reduce overhead
1666                  */
1667                 if (!list_empty(&ctx->schemes))
1668                         kdamond_apply_schemes(ctx);
1669
1670                 sample_interval = ctx->attrs.sample_interval ?
1671                         ctx->attrs.sample_interval : 1;
1672                 if (ctx->passed_sample_intervals == next_aggregation_sis) {
1673                         ctx->next_aggregation_sis = next_aggregation_sis +
1674                                 ctx->attrs.aggr_interval / sample_interval;
1675
1676                         kdamond_reset_aggregated(ctx);
1677                         kdamond_split_regions(ctx);
1678                         if (ctx->ops.reset_aggregated)
1679                                 ctx->ops.reset_aggregated(ctx);
1680                 }
1681
1682                 if (ctx->passed_sample_intervals == next_ops_update_sis) {
1683                         ctx->next_ops_update_sis = next_ops_update_sis +
1684                                 ctx->attrs.ops_update_interval /
1685                                 sample_interval;
1686                         if (ctx->ops.update)
1687                                 ctx->ops.update(ctx);
1688                         sz_limit = damon_region_sz_limit(ctx);
1689                 }
1690         }
1691 done:
1692         damon_for_each_target(t, ctx) {
1693                 damon_for_each_region_safe(r, next, t)
1694                         damon_destroy_region(r, t);
1695         }
1696
1697         if (ctx->callback.before_terminate)
1698                 ctx->callback.before_terminate(ctx);
1699         if (ctx->ops.cleanup)
1700                 ctx->ops.cleanup(ctx);
1701
1702         pr_debug("kdamond (%d) finishes\n", current->pid);
1703         mutex_lock(&ctx->kdamond_lock);
1704         ctx->kdamond = NULL;
1705         mutex_unlock(&ctx->kdamond_lock);
1706
1707         mutex_lock(&damon_lock);
1708         nr_running_ctxs--;
1709         if (!nr_running_ctxs && running_exclusive_ctxs)
1710                 running_exclusive_ctxs = false;
1711         mutex_unlock(&damon_lock);
1712
1713         return 0;
1714 }
1715
1716 /*
1717  * struct damon_system_ram_region - System RAM resource address region of
1718  *                                  [@start, @end).
1719  * @start:      Start address of the region (inclusive).
1720  * @end:        End address of the region (exclusive).
1721  */
1722 struct damon_system_ram_region {
1723         unsigned long start;
1724         unsigned long end;
1725 };
1726
1727 static int walk_system_ram(struct resource *res, void *arg)
1728 {
1729         struct damon_system_ram_region *a = arg;
1730
1731         if (a->end - a->start < resource_size(res)) {
1732                 a->start = res->start;
1733                 a->end = res->end;
1734         }
1735         return 0;
1736 }
1737
1738 /*
1739  * Find biggest 'System RAM' resource and store its start and end address in
1740  * @start and @end, respectively.  If no System RAM is found, returns false.
1741  */
1742 static bool damon_find_biggest_system_ram(unsigned long *start,
1743                                                 unsigned long *end)
1744
1745 {
1746         struct damon_system_ram_region arg = {};
1747
1748         walk_system_ram_res(0, ULONG_MAX, &arg, walk_system_ram);
1749         if (arg.end <= arg.start)
1750                 return false;
1751
1752         *start = arg.start;
1753         *end = arg.end;
1754         return true;
1755 }
1756
1757 /**
1758  * damon_set_region_biggest_system_ram_default() - Set the region of the given
1759  * monitoring target as requested, or biggest 'System RAM'.
1760  * @t:          The monitoring target to set the region.
1761  * @start:      The pointer to the start address of the region.
1762  * @end:        The pointer to the end address of the region.
1763  *
1764  * This function sets the region of @t as requested by @start and @end.  If the
1765  * values of @start and @end are zero, however, this function finds the biggest
1766  * 'System RAM' resource and sets the region to cover the resource.  In the
1767  * latter case, this function saves the start and end addresses of the resource
1768  * in @start and @end, respectively.
1769  *
1770  * Return: 0 on success, negative error code otherwise.
1771  */
1772 int damon_set_region_biggest_system_ram_default(struct damon_target *t,
1773                         unsigned long *start, unsigned long *end)
1774 {
1775         struct damon_addr_range addr_range;
1776
1777         if (*start > *end)
1778                 return -EINVAL;
1779
1780         if (!*start && !*end &&
1781                 !damon_find_biggest_system_ram(start, end))
1782                 return -EINVAL;
1783
1784         addr_range.start = *start;
1785         addr_range.end = *end;
1786         return damon_set_regions(t, &addr_range, 1);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * damon_moving_sum() - Calculate an inferred moving sum value.
1791  * @mvsum:      Inferred sum of the last @len_window values.
1792  * @nomvsum:    Non-moving sum of the last discrete @len_window window values.
1793  * @len_window: The number of last values to take care of.
1794  * @new_value:  New value that will be added to the pseudo moving sum.
1795  *
1796  * Moving sum (moving average * window size) is good for handling noise, but
1797  * the cost of keeping past values can be high for arbitrary window size.  This
1798  * function implements a lightweight pseudo moving sum function that doesn't
1799  * keep the past window values.
1800  *
1801  * It simply assumes there was no noise in the past, and get the no-noise
1802  * assumed past value to drop from @nomvsum and @len_window.  @nomvsum is a
1803  * non-moving sum of the last window.  For example, if @len_window is 10 and we
1804  * have 25 values, @nomvsum is the sum of the 11th to 20th values of the 25
1805  * values.  Hence, this function simply drops @nomvsum / @len_window from
1806  * given @mvsum and add @new_value.
1807  *
1808  * For example, if @len_window is 10 and @nomvsum is 50, the last 10 values for
1809  * the last window could be vary, e.g., 0, 10, 0, 10, 0, 10, 0, 0, 0, 20.  For
1810  * calculating next moving sum with a new value, we should drop 0 from 50 and
1811  * add the new value.  However, this function assumes it got value 5 for each
1812  * of the last ten times.  Based on the assumption, when the next value is
1813  * measured, it drops the assumed past value, 5 from the current sum, and add
1814  * the new value to get the updated pseduo-moving average.
1815  *
1816  * This means the value could have errors, but the errors will be disappeared
1817  * for every @len_window aligned calls.  For example, if @len_window is 10, the
1818  * pseudo moving sum with 11th value to 19th value would have an error.  But
1819  * the sum with 20th value will not have the error.
1820  *
1821  * Return: Pseudo-moving average after getting the @new_value.
1822  */
1823 static unsigned int damon_moving_sum(unsigned int mvsum, unsigned int nomvsum,
1824                 unsigned int len_window, unsigned int new_value)
1825 {
1826         return mvsum - nomvsum / len_window + new_value;
1827 }
1828
1829 /**
1830  * damon_update_region_access_rate() - Update the access rate of a region.
1831  * @r:          The DAMON region to update for its access check result.
1832  * @accessed:   Whether the region has accessed during last sampling interval.
1833  * @attrs:      The damon_attrs of the DAMON context.
1834  *
1835  * Update the access rate of a region with the region's last sampling interval
1836  * access check result.
1837  *
1838  * Usually this will be called by &damon_operations->check_accesses callback.
1839  */
1840 void damon_update_region_access_rate(struct damon_region *r, bool accessed,
1841                 struct damon_attrs *attrs)
1842 {
1843         unsigned int len_window = 1;
1844
1845         /*
1846          * sample_interval can be zero, but cannot be larger than
1847          * aggr_interval, owing to validation of damon_set_attrs().
1848          */
1849         if (attrs->sample_interval)
1850                 len_window = damon_max_nr_accesses(attrs);
1851         r->nr_accesses_bp = damon_moving_sum(r->nr_accesses_bp,
1852                         r->last_nr_accesses * 10000, len_window,
1853                         accessed ? 10000 : 0);
1854
1855         if (accessed)
1856                 r->nr_accesses++;
1857 }
1858
1859 static int __init damon_init(void)
1860 {
1861         damon_region_cache = KMEM_CACHE(damon_region, 0);
1862         if (unlikely(!damon_region_cache)) {
1863                 pr_err("creating damon_region_cache fails\n");
1864                 return -ENOMEM;
1865         }
1866
1867         return 0;
1868 }
1869
1870 subsys_initcall(damon_init);
1871
1872 #include "core-test.h"