]> git.hungrycats.org Git - linux/commitdiff
writeback: use a per-sb counter to drain inode wb switches at umount
authorBaokun Li <libaokun@linux.alibaba.com>
Thu, 21 May 2026 09:50:16 +0000 (17:50 +0800)
committerChristian Brauner <brauner@kernel.org>
Fri, 22 May 2026 10:06:35 +0000 (12:06 +0200)
Tracking in-flight inode wb switches with a single global counter
(isw_nr_in_flight) plus a synchronize_rcu() based wait in
cgroup_writeback_umount() forces every umount to take a global hit
whenever any other superblock on the system has wb switches in flight,
even if the superblock being unmounted has none of its own.

Replace the global synchronize_rcu()/flush_workqueue() pair with a
per-sb counter, s_isw_nr_in_flight, plus three small helpers:

  - cgroup_writeback_pin(sb)   - increment counter
  - cgroup_writeback_unpin(sb) - decrement and wake drainer if last
  - cgroup_writeback_drain(sb) - wait for counter to reach zero

The wiring is:

  - inode_prepare_wbs_switch() pins before checking SB_ACTIVE and
    grabbing the inode; failure paths unpin before returning.  A
    lockless SB_ACTIVE check at the top of the function lets us skip
    the atomic_inc/smp_mb dance once SB_ACTIVE has been cleared (it
    is monotonic and never set back).
  - process_inode_switch_wbs() unpins after the matching iput().
  - cgroup_writeback_umount() drains the per-sb counter via
    wait_var_event().

The smp_mb() pair between inode_prepare_wbs_switch() and
cgroup_writeback_umount() keeps the SB_ACTIVE / counter ordering:
either the umounter sees a non-zero counter and waits, or the
switcher sees SB_ACTIVE cleared and aborts before grabbing the
inode.

The global isw_nr_in_flight is left in place, since it is still used
to throttle in-flight switches via WB_FRN_MAX_IN_FLIGHT.

The rcu_read_lock() extension in inode_switch_wbs() and
cleanup_offline_cgwb() that the race fix added is no longer needed
and is reverted; the synchronize_rcu() that the race fix added to
cgroup_writeback_umount() is dropped as well.

The following numbers were measured on a 16 vCPU QEMU guest with 4
background superblocks each churning "create memcg -> write 1 MiB ->
rmdir memcg" to keep the global isw_nr_in_flight non-zero.  Latencies
are wall-clock around umount(8); only the target sb's umount is
measured.

Target sb runs its own cgwb churn:

                              p50      p95      p99      max
  global synchronize_rcu()   67.6 ms  88.3 ms  88.3 ms  96.8 ms
  per-sb counter (this)       7.9 ms  10.0 ms  10.0 ms  10.1 ms

Idle target umount latency under cross-sb cgwb-switch pressure:

                              p50      p95      p99      max
  global synchronize_rcu()   62.7 ms  95.4 ms 108.1 ms 108.6 ms
  per-sb counter (this)       5.3 ms   6.9 ms   7.4 ms   7.4 ms
  no-pressure baseline        4.9 ms   5.9 ms   6.3 ms   6.7 ms

8 concurrent umounts of idle sbs under the same pressure:

                              p50      p95      max
  global synchronize_rcu()   61.3 ms  99.5 ms 113.7 ms
  per-sb counter (this)       8.1 ms   9.1 ms   9.5 ms

In-kernel cgroup_writeback_umount() time across the same run
(bpftrace, ~340 calls covering all scenarios):

  global synchronize_rcu()    12371 ms total (~36 ms / call)
  per-sb counter (this)        1.37 ms total ( ~4 us / call)

Suggested-by: Christian Brauner <brauner@kernel.org>
Link: https://lore.kernel.org/r/177910456953.488929.2169908940676707307.b4-review@b4
Reviewed-by: Jan Kara <jack@suse.cz>
Signed-off-by: Baokun Li <libaokun@linux.alibaba.com>
Link: https://patch.msgid.link/20260521095016.2791354-4-libaokun@linux.alibaba.com
Acked-by: Tejun Heo <tj@kernel.org>
Signed-off-by: Christian Brauner (Amutable) <brauner@kernel.org>
fs/fs-writeback.c
include/linux/fs/super_types.h

index 325a30cc35bfb85b3bc03bf9164f3da3a4727489..900ad7818bd4178dbd7f7313bbae3bdb035284f2 100644 (file)
@@ -497,6 +497,23 @@ skip_switch:
        return switched;
 }
 
+static inline void cgroup_writeback_pin(struct super_block *sb)
+{
+       atomic_inc(&sb->s_isw_nr_in_flight);
+}
+
+static inline void cgroup_writeback_unpin(struct super_block *sb)
+{
+       if (atomic_dec_and_test(&sb->s_isw_nr_in_flight))
+               wake_up_var(&sb->s_isw_nr_in_flight);
+}
+
+static inline void cgroup_writeback_drain(struct super_block *sb)
+{
+       wait_var_event(&sb->s_isw_nr_in_flight,
+                      !atomic_read(&sb->s_isw_nr_in_flight));
+}
+
 static void process_inode_switch_wbs(struct bdi_writeback *new_wb,
                                     struct inode_switch_wbs_context *isw)
 {
@@ -554,8 +571,12 @@ relock:
                wb_put_many(old_wb, nr_switched);
        }
 
-       for (inodep = isw->inodes; *inodep; inodep++)
+       for (inodep = isw->inodes; *inodep; inodep++) {
+               struct super_block *sb = (*inodep)->i_sb;
+
                iput(*inodep);
+               cgroup_writeback_unpin(sb);
+       }
        wb_put(new_wb);
        kfree(isw);
        atomic_dec(&isw_nr_in_flight);
@@ -598,16 +619,19 @@ void inode_switch_wbs_work_fn(struct work_struct *work)
 static bool inode_prepare_wbs_switch(struct inode *inode,
                                     struct bdi_writeback *new_wb)
 {
+       /* Avoid the atomic_inc/smp_mb dance once SB_ACTIVE is gone. */
+       if (!(inode->i_sb->s_flags & SB_ACTIVE))
+               return false;
+
        /*
-        * Paired with smp_mb() in cgroup_writeback_umount().
-        * isw_nr_in_flight must be increased before checking SB_ACTIVE and
-        * grabbing an inode, otherwise isw_nr_in_flight can be observed as 0
-        * in cgroup_writeback_umount() and the isw_wq will be not flushed.
+        * Pairs with smp_mb() in cgroup_writeback_umount(): the umounter either
+        * sees a non-zero counter and waits, or we see SB_ACTIVE clear below.
         */
+       cgroup_writeback_pin(inode->i_sb);
        smp_mb();
 
        if (IS_DAX(inode))
-               return false;
+               goto out_unpin;
 
        /* while holding I_WB_SWITCH, no one else can update the association */
        spin_lock(&inode->i_lock);
@@ -615,13 +639,17 @@ static bool inode_prepare_wbs_switch(struct inode *inode,
            inode_state_read(inode) & (I_WB_SWITCH | I_FREEING | I_WILL_FREE) ||
            inode_to_wb(inode) == new_wb) {
                spin_unlock(&inode->i_lock);
-               return false;
+               goto out_unpin;
        }
        inode_state_set(inode, I_WB_SWITCH);
        __iget(inode);
        spin_unlock(&inode->i_lock);
 
        return true;
+
+out_unpin:
+       cgroup_writeback_unpin(inode->i_sb);
+       return false;
 }
 
 static void wb_queue_isw(struct bdi_writeback *wb,
@@ -660,19 +688,12 @@ static void inode_switch_wbs(struct inode *inode, int new_wb_id)
 
        atomic_inc(&isw_nr_in_flight);
 
-       /*
-        * Paired with synchronize_rcu() in cgroup_writeback_umount():
-        * holding rcu_read_lock across inode_prepare_wbs_switch()
-        * (covering the SB_ACTIVE check and the inode grab) and
-        * wb_queue_isw() ensures synchronize_rcu() cannot return until
-        * the work is queued, so the subsequent flush_workqueue() will
-        * wait for the switch.
-        */
-       rcu_read_lock();
        /* find and pin the new wb */
+       rcu_read_lock();
        memcg_css = css_from_id(new_wb_id, &memory_cgrp_subsys);
        if (memcg_css && !css_tryget(memcg_css))
                memcg_css = NULL;
+       rcu_read_unlock();
        if (!memcg_css)
                goto out_free;
 
@@ -688,11 +709,9 @@ static void inode_switch_wbs(struct inode *inode, int new_wb_id)
 
        trace_inode_switch_wbs_queue(inode->i_wb, new_wb, 1);
        wb_queue_isw(new_wb, isw);
-       rcu_read_unlock();
        return;
 
 out_free:
-       rcu_read_unlock();
        atomic_dec(&isw_nr_in_flight);
        if (new_wb)
                wb_put(new_wb);
@@ -750,14 +769,6 @@ bool cleanup_offline_cgwb(struct bdi_writeback *wb)
                new_wb = &wb->bdi->wb; /* wb_get() is noop for bdi's wb */
 
        nr = 0;
-       /*
-        * Paired with synchronize_rcu() in cgroup_writeback_umount().
-        * Holding rcu_read_lock across the SB_ACTIVE check, the inode grab
-        * and wb_queue_isw() ensures synchronize_rcu() cannot return until
-        * the work is queued, so the subsequent flush_workqueue() will wait
-        * for the switch.
-        */
-       rcu_read_lock();
        spin_lock(&wb->list_lock);
        /*
         * In addition to the inodes that have completed writeback, also switch
@@ -775,7 +786,6 @@ bool cleanup_offline_cgwb(struct bdi_writeback *wb)
 
        /* no attached inodes? bail out */
        if (nr == 0) {
-               rcu_read_unlock();
                atomic_dec(&isw_nr_in_flight);
                wb_put(new_wb);
                kfree(isw);
@@ -784,7 +794,6 @@ bool cleanup_offline_cgwb(struct bdi_writeback *wb)
 
        trace_inode_switch_wbs_queue(wb, new_wb, nr);
        wb_queue_isw(new_wb, isw);
-       rcu_read_unlock();
 
        return restart;
 }
@@ -1217,39 +1226,27 @@ out_bdi_put:
 }
 
 /**
- * cgroup_writeback_umount - flush inode wb switches for umount
+ * cgroup_writeback_umount - wait for in-flight inode wb switches on @sb
  * @sb: target super_block
  *
- * This function is called when a super_block is about to be destroyed and
- * flushes in-flight inode wb switches.  An inode wb switch goes through
- * RCU and then workqueue, so the two need to be flushed in order to ensure
- * that all previously scheduled switches are finished.  As wb switches are
- * rare occurrences and synchronize_rcu() can take a while, perform
- * flushing iff wb switches are in flight.
+ * Wait until every inode wb switch that already passed the SB_ACTIVE
+ * check on this superblock has been completed by the worker.  Since
+ * SB_ACTIVE is cleared before this is called, no new switches can start
+ * for @sb, so s_isw_nr_in_flight will monotonically drop to zero.
  */
 void cgroup_writeback_umount(struct super_block *sb)
 {
-
        if (!(sb->s_bdi->capabilities & BDI_CAP_WRITEBACK))
                return;
 
        /*
-        * SB_ACTIVE should be reliably cleared before checking
-        * isw_nr_in_flight, see generic_shutdown_super().
+        * Pairs with smp_mb() in inode_prepare_wbs_switch(): we either observe
+        * a non-zero counter and wait, or the switcher sees SB_ACTIVE clear
+        * (cleared by generic_shutdown_super()) and bails before grabbing the
+        * inode.
         */
        smp_mb();
-
-       if (atomic_read(&isw_nr_in_flight)) {
-               /*
-                * Paired with rcu_read_lock() in inode_switch_wbs() and
-                * cleanup_offline_cgwb().  synchronize_rcu() waits for any
-                * in-flight switcher that already passed the SB_ACTIVE check
-                * to finish queueing its work, so flush_workqueue() below
-                * will then drain it.
-                */
-               synchronize_rcu();
-               flush_workqueue(isw_wq);
-       }
+       cgroup_writeback_drain(sb);
 }
 
 static int __init cgroup_writeback_init(void)
index 383050e7fdf57c066efa235f083a2adc760afb80..1ab4e22651291ea785f55937cdc1748c0a2d6148 100644 (file)
@@ -274,6 +274,14 @@ struct super_block {
 
        /* number of fserrors that are being sent to fsnotify/filesystems */
        refcount_t                              s_pending_errors;
+
+#ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
+       /*
+        * Number of in-flight inode wb switches for this sb.  Drained by
+        * cgroup_writeback_umount() before tear-down.
+        */
+       atomic_t                                s_isw_nr_in_flight;
+#endif
 } __randomize_layout;
 
 /*