GNU Linux-libre 4.14.251-gnu1
[releases.git] / Documentation / x86 / intel_rdt_ui.txt
1 User Interface for Resource Allocation in Intel Resource Director Technology
2
3 Copyright (C) 2016 Intel Corporation
4
5 Fenghua Yu <fenghua.yu@intel.com>
6 Tony Luck <tony.luck@intel.com>
7 Vikas Shivappa <vikas.shivappa@intel.com>
8
9 This feature is enabled by the CONFIG_INTEL_RDT Kconfig and the
10 X86 /proc/cpuinfo flag bits "rdt", "cqm", "cat_l3" and "cdp_l3".
11
12 To use the feature mount the file system:
13
14  # mount -t resctrl resctrl [-o cdp] /sys/fs/resctrl
15
16 mount options are:
17
18 "cdp": Enable code/data prioritization in L3 cache allocations.
19
20 RDT features are orthogonal. A particular system may support only
21 monitoring, only control, or both monitoring and control.
22
23 The mount succeeds if either of allocation or monitoring is present, but
24 only those files and directories supported by the system will be created.
25 For more details on the behavior of the interface during monitoring
26 and allocation, see the "Resource alloc and monitor groups" section.
27
28 Info directory
29 --------------
30
31 The 'info' directory contains information about the enabled
32 resources. Each resource has its own subdirectory. The subdirectory
33 names reflect the resource names.
34
35 Each subdirectory contains the following files with respect to
36 allocation:
37
38 Cache resource(L3/L2)  subdirectory contains the following files
39 related to allocation:
40
41 "num_closids":          The number of CLOSIDs which are valid for this
42                         resource. The kernel uses the smallest number of
43                         CLOSIDs of all enabled resources as limit.
44
45 "cbm_mask":             The bitmask which is valid for this resource.
46                         This mask is equivalent to 100%.
47
48 "min_cbm_bits":         The minimum number of consecutive bits which
49                         must be set when writing a mask.
50
51 "shareable_bits":       Bitmask of shareable resource with other executing
52                         entities (e.g. I/O). User can use this when
53                         setting up exclusive cache partitions. Note that
54                         some platforms support devices that have their
55                         own settings for cache use which can over-ride
56                         these bits.
57
58 Memory bandwitdh(MB) subdirectory contains the following files
59 with respect to allocation:
60
61 "min_bandwidth":        The minimum memory bandwidth percentage which
62                         user can request.
63
64 "bandwidth_gran":       The granularity in which the memory bandwidth
65                         percentage is allocated. The allocated
66                         b/w percentage is rounded off to the next
67                         control step available on the hardware. The
68                         available bandwidth control steps are:
69                         min_bandwidth + N * bandwidth_gran.
70
71 "delay_linear":         Indicates if the delay scale is linear or
72                         non-linear. This field is purely informational
73                         only.
74
75 If RDT monitoring is available there will be an "L3_MON" directory
76 with the following files:
77
78 "num_rmids":            The number of RMIDs available. This is the
79                         upper bound for how many "CTRL_MON" + "MON"
80                         groups can be created.
81
82 "mon_features": Lists the monitoring events if
83                         monitoring is enabled for the resource.
84
85 "max_threshold_occupancy":
86                         Read/write file provides the largest value (in
87                         bytes) at which a previously used LLC_occupancy
88                         counter can be considered for re-use.
89
90
91 Resource alloc and monitor groups
92 ---------------------------------
93
94 Resource groups are represented as directories in the resctrl file
95 system.  The default group is the root directory which, immediately
96 after mounting, owns all the tasks and cpus in the system and can make
97 full use of all resources.
98
99 On a system with RDT control features additional directories can be
100 created in the root directory that specify different amounts of each
101 resource (see "schemata" below). The root and these additional top level
102 directories are referred to as "CTRL_MON" groups below.
103
104 On a system with RDT monitoring the root directory and other top level
105 directories contain a directory named "mon_groups" in which additional
106 directories can be created to monitor subsets of tasks in the CTRL_MON
107 group that is their ancestor. These are called "MON" groups in the rest
108 of this document.
109
110 Removing a directory will move all tasks and cpus owned by the group it
111 represents to the parent. Removing one of the created CTRL_MON groups
112 will automatically remove all MON groups below it.
113
114 All groups contain the following files:
115
116 "tasks":
117         Reading this file shows the list of all tasks that belong to
118         this group. Writing a task id to the file will add a task to the
119         group. If the group is a CTRL_MON group the task is removed from
120         whichever previous CTRL_MON group owned the task and also from
121         any MON group that owned the task. If the group is a MON group,
122         then the task must already belong to the CTRL_MON parent of this
123         group. The task is removed from any previous MON group.
124
125
126 "cpus":
127         Reading this file shows a bitmask of the logical CPUs owned by
128         this group. Writing a mask to this file will add and remove
129         CPUs to/from this group. As with the tasks file a hierarchy is
130         maintained where MON groups may only include CPUs owned by the
131         parent CTRL_MON group.
132
133
134 "cpus_list":
135         Just like "cpus", only using ranges of CPUs instead of bitmasks.
136
137
138 When control is enabled all CTRL_MON groups will also contain:
139
140 "schemata":
141         A list of all the resources available to this group.
142         Each resource has its own line and format - see below for details.
143
144 When monitoring is enabled all MON groups will also contain:
145
146 "mon_data":
147         This contains a set of files organized by L3 domain and by
148         RDT event. E.g. on a system with two L3 domains there will
149         be subdirectories "mon_L3_00" and "mon_L3_01".  Each of these
150         directories have one file per event (e.g. "llc_occupancy",
151         "mbm_total_bytes", and "mbm_local_bytes"). In a MON group these
152         files provide a read out of the current value of the event for
153         all tasks in the group. In CTRL_MON groups these files provide
154         the sum for all tasks in the CTRL_MON group and all tasks in
155         MON groups. Please see example section for more details on usage.
156
157 Resource allocation rules
158 -------------------------
159 When a task is running the following rules define which resources are
160 available to it:
161
162 1) If the task is a member of a non-default group, then the schemata
163    for that group is used.
164
165 2) Else if the task belongs to the default group, but is running on a
166    CPU that is assigned to some specific group, then the schemata for the
167    CPU's group is used.
168
169 3) Otherwise the schemata for the default group is used.
170
171 Resource monitoring rules
172 -------------------------
173 1) If a task is a member of a MON group, or non-default CTRL_MON group
174    then RDT events for the task will be reported in that group.
175
176 2) If a task is a member of the default CTRL_MON group, but is running
177    on a CPU that is assigned to some specific group, then the RDT events
178    for the task will be reported in that group.
179
180 3) Otherwise RDT events for the task will be reported in the root level
181    "mon_data" group.
182
183
184 Notes on cache occupancy monitoring and control
185 -----------------------------------------------
186 When moving a task from one group to another you should remember that
187 this only affects *new* cache allocations by the task. E.g. you may have
188 a task in a monitor group showing 3 MB of cache occupancy. If you move
189 to a new group and immediately check the occupancy of the old and new
190 groups you will likely see that the old group is still showing 3 MB and
191 the new group zero. When the task accesses locations still in cache from
192 before the move, the h/w does not update any counters. On a busy system
193 you will likely see the occupancy in the old group go down as cache lines
194 are evicted and re-used while the occupancy in the new group rises as
195 the task accesses memory and loads into the cache are counted based on
196 membership in the new group.
197
198 The same applies to cache allocation control. Moving a task to a group
199 with a smaller cache partition will not evict any cache lines. The
200 process may continue to use them from the old partition.
201
202 Hardware uses CLOSid(Class of service ID) and an RMID(Resource monitoring ID)
203 to identify a control group and a monitoring group respectively. Each of
204 the resource groups are mapped to these IDs based on the kind of group. The
205 number of CLOSid and RMID are limited by the hardware and hence the creation of
206 a "CTRL_MON" directory may fail if we run out of either CLOSID or RMID
207 and creation of "MON" group may fail if we run out of RMIDs.
208
209 max_threshold_occupancy - generic concepts
210 ------------------------------------------
211
212 Note that an RMID once freed may not be immediately available for use as
213 the RMID is still tagged the cache lines of the previous user of RMID.
214 Hence such RMIDs are placed on limbo list and checked back if the cache
215 occupancy has gone down. If there is a time when system has a lot of
216 limbo RMIDs but which are not ready to be used, user may see an -EBUSY
217 during mkdir.
218
219 max_threshold_occupancy is a user configurable value to determine the
220 occupancy at which an RMID can be freed.
221
222 Schemata files - general concepts
223 ---------------------------------
224 Each line in the file describes one resource. The line starts with
225 the name of the resource, followed by specific values to be applied
226 in each of the instances of that resource on the system.
227
228 Cache IDs
229 ---------
230 On current generation systems there is one L3 cache per socket and L2
231 caches are generally just shared by the hyperthreads on a core, but this
232 isn't an architectural requirement. We could have multiple separate L3
233 caches on a socket, multiple cores could share an L2 cache. So instead
234 of using "socket" or "core" to define the set of logical cpus sharing
235 a resource we use a "Cache ID". At a given cache level this will be a
236 unique number across the whole system (but it isn't guaranteed to be a
237 contiguous sequence, there may be gaps).  To find the ID for each logical
238 CPU look in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cache/index*/id
239
240 Cache Bit Masks (CBM)
241 ---------------------
242 For cache resources we describe the portion of the cache that is available
243 for allocation using a bitmask. The maximum value of the mask is defined
244 by each cpu model (and may be different for different cache levels). It
245 is found using CPUID, but is also provided in the "info" directory of
246 the resctrl file system in "info/{resource}/cbm_mask". X86 hardware
247 requires that these masks have all the '1' bits in a contiguous block. So
248 0x3, 0x6 and 0xC are legal 4-bit masks with two bits set, but 0x5, 0x9
249 and 0xA are not.  On a system with a 20-bit mask each bit represents 5%
250 of the capacity of the cache. You could partition the cache into four
251 equal parts with masks: 0x1f, 0x3e0, 0x7c00, 0xf8000.
252
253 Memory bandwidth(b/w) percentage
254 --------------------------------
255 For Memory b/w resource, user controls the resource by indicating the
256 percentage of total memory b/w.
257
258 The minimum bandwidth percentage value for each cpu model is predefined
259 and can be looked up through "info/MB/min_bandwidth". The bandwidth
260 granularity that is allocated is also dependent on the cpu model and can
261 be looked up at "info/MB/bandwidth_gran". The available bandwidth
262 control steps are: min_bw + N * bw_gran. Intermediate values are rounded
263 to the next control step available on the hardware.
264
265 The bandwidth throttling is a core specific mechanism on some of Intel
266 SKUs. Using a high bandwidth and a low bandwidth setting on two threads
267 sharing a core will result in both threads being throttled to use the
268 low bandwidth.
269
270 L3 schemata file details (code and data prioritization disabled)
271 ----------------------------------------------------------------
272 With CDP disabled the L3 schemata format is:
273
274         L3:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
275
276 L3 schemata file details (CDP enabled via mount option to resctrl)
277 ------------------------------------------------------------------
278 When CDP is enabled L3 control is split into two separate resources
279 so you can specify independent masks for code and data like this:
280
281         L3data:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
282         L3code:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
283
284 L2 schemata file details
285 ------------------------
286 L2 cache does not support code and data prioritization, so the
287 schemata format is always:
288
289         L2:<cache_id0>=<cbm>;<cache_id1>=<cbm>;...
290
291 Memory b/w Allocation details
292 -----------------------------
293
294 Memory b/w domain is L3 cache.
295
296         MB:<cache_id0>=bandwidth0;<cache_id1>=bandwidth1;...
297
298 Reading/writing the schemata file
299 ---------------------------------
300 Reading the schemata file will show the state of all resources
301 on all domains. When writing you only need to specify those values
302 which you wish to change.  E.g.
303
304 # cat schemata
305 L3DATA:0=fffff;1=fffff;2=fffff;3=fffff
306 L3CODE:0=fffff;1=fffff;2=fffff;3=fffff
307 # echo "L3DATA:2=3c0;" > schemata
308 # cat schemata
309 L3DATA:0=fffff;1=fffff;2=3c0;3=fffff
310 L3CODE:0=fffff;1=fffff;2=fffff;3=fffff
311
312 Examples for RDT allocation usage:
313
314 Example 1
315 ---------
316 On a two socket machine (one L3 cache per socket) with just four bits
317 for cache bit masks, minimum b/w of 10% with a memory bandwidth
318 granularity of 10%
319
320 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
321 # cd /sys/fs/resctrl
322 # mkdir p0 p1
323 # echo "L3:0=3;1=c\nMB:0=50;1=50" > /sys/fs/resctrl/p0/schemata
324 # echo "L3:0=3;1=3\nMB:0=50;1=50" > /sys/fs/resctrl/p1/schemata
325
326 The default resource group is unmodified, so we have access to all parts
327 of all caches (its schemata file reads "L3:0=f;1=f").
328
329 Tasks that are under the control of group "p0" may only allocate from the
330 "lower" 50% on cache ID 0, and the "upper" 50% of cache ID 1.
331 Tasks in group "p1" use the "lower" 50% of cache on both sockets.
332
333 Similarly, tasks that are under the control of group "p0" may use a
334 maximum memory b/w of 50% on socket0 and 50% on socket 1.
335 Tasks in group "p1" may also use 50% memory b/w on both sockets.
336 Note that unlike cache masks, memory b/w cannot specify whether these
337 allocations can overlap or not. The allocations specifies the maximum
338 b/w that the group may be able to use and the system admin can configure
339 the b/w accordingly.
340
341 Example 2
342 ---------
343 Again two sockets, but this time with a more realistic 20-bit mask.
344
345 Two real time tasks pid=1234 running on processor 0 and pid=5678 running on
346 processor 1 on socket 0 on a 2-socket and dual core machine. To avoid noisy
347 neighbors, each of the two real-time tasks exclusively occupies one quarter
348 of L3 cache on socket 0.
349
350 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
351 # cd /sys/fs/resctrl
352
353 First we reset the schemata for the default group so that the "upper"
354 50% of the L3 cache on socket 0 and 50% of memory b/w cannot be used by
355 ordinary tasks:
356
357 # echo "L3:0=3ff;1=fffff\nMB:0=50;1=100" > schemata
358
359 Next we make a resource group for our first real time task and give
360 it access to the "top" 25% of the cache on socket 0.
361
362 # mkdir p0
363 # echo "L3:0=f8000;1=fffff" > p0/schemata
364
365 Finally we move our first real time task into this resource group. We
366 also use taskset(1) to ensure the task always runs on a dedicated CPU
367 on socket 0. Most uses of resource groups will also constrain which
368 processors tasks run on.
369
370 # echo 1234 > p0/tasks
371 # taskset -cp 1 1234
372
373 Ditto for the second real time task (with the remaining 25% of cache):
374
375 # mkdir p1
376 # echo "L3:0=7c00;1=fffff" > p1/schemata
377 # echo 5678 > p1/tasks
378 # taskset -cp 2 5678
379
380 For the same 2 socket system with memory b/w resource and CAT L3 the
381 schemata would look like(Assume min_bandwidth 10 and bandwidth_gran is
382 10):
383
384 For our first real time task this would request 20% memory b/w on socket
385 0.
386
387 # echo -e "L3:0=f8000;1=fffff\nMB:0=20;1=100" > p0/schemata
388
389 For our second real time task this would request an other 20% memory b/w
390 on socket 0.
391
392 # echo -e "L3:0=f8000;1=fffff\nMB:0=20;1=100" > p0/schemata
393
394 Example 3
395 ---------
396
397 A single socket system which has real-time tasks running on core 4-7 and
398 non real-time workload assigned to core 0-3. The real-time tasks share text
399 and data, so a per task association is not required and due to interaction
400 with the kernel it's desired that the kernel on these cores shares L3 with
401 the tasks.
402
403 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
404 # cd /sys/fs/resctrl
405
406 First we reset the schemata for the default group so that the "upper"
407 50% of the L3 cache on socket 0, and 50% of memory bandwidth on socket 0
408 cannot be used by ordinary tasks:
409
410 # echo "L3:0=3ff\nMB:0=50" > schemata
411
412 Next we make a resource group for our real time cores and give it access
413 to the "top" 50% of the cache on socket 0 and 50% of memory bandwidth on
414 socket 0.
415
416 # mkdir p0
417 # echo "L3:0=ffc00\nMB:0=50" > p0/schemata
418
419 Finally we move core 4-7 over to the new group and make sure that the
420 kernel and the tasks running there get 50% of the cache. They should
421 also get 50% of memory bandwidth assuming that the cores 4-7 are SMT
422 siblings and only the real time threads are scheduled on the cores 4-7.
423
424 # echo F0 > p0/cpus
425
426 4) Locking between applications
427
428 Certain operations on the resctrl filesystem, composed of read/writes
429 to/from multiple files, must be atomic.
430
431 As an example, the allocation of an exclusive reservation of L3 cache
432 involves:
433
434   1. Read the cbmmasks from each directory
435   2. Find a contiguous set of bits in the global CBM bitmask that is clear
436      in any of the directory cbmmasks
437   3. Create a new directory
438   4. Set the bits found in step 2 to the new directory "schemata" file
439
440 If two applications attempt to allocate space concurrently then they can
441 end up allocating the same bits so the reservations are shared instead of
442 exclusive.
443
444 To coordinate atomic operations on the resctrlfs and to avoid the problem
445 above, the following locking procedure is recommended:
446
447 Locking is based on flock, which is available in libc and also as a shell
448 script command
449
450 Write lock:
451
452  A) Take flock(LOCK_EX) on /sys/fs/resctrl
453  B) Read/write the directory structure.
454  C) funlock
455
456 Read lock:
457
458  A) Take flock(LOCK_SH) on /sys/fs/resctrl
459  B) If success read the directory structure.
460  C) funlock
461
462 Example with bash:
463
464 # Atomically read directory structure
465 $ flock -s /sys/fs/resctrl/ find /sys/fs/resctrl
466
467 # Read directory contents and create new subdirectory
468
469 $ cat create-dir.sh
470 find /sys/fs/resctrl/ > output.txt
471 mask = function-of(output.txt)
472 mkdir /sys/fs/resctrl/newres/
473 echo mask > /sys/fs/resctrl/newres/schemata
474
475 $ flock /sys/fs/resctrl/ ./create-dir.sh
476
477 Example with C:
478
479 /*
480  * Example code do take advisory locks
481  * before accessing resctrl filesystem
482  */
483 #include <sys/file.h>
484 #include <stdlib.h>
485
486 void resctrl_take_shared_lock(int fd)
487 {
488         int ret;
489
490         /* take shared lock on resctrl filesystem */
491         ret = flock(fd, LOCK_SH);
492         if (ret) {
493                 perror("flock");
494                 exit(-1);
495         }
496 }
497
498 void resctrl_take_exclusive_lock(int fd)
499 {
500         int ret;
501
502         /* release lock on resctrl filesystem */
503         ret = flock(fd, LOCK_EX);
504         if (ret) {
505                 perror("flock");
506                 exit(-1);
507         }
508 }
509
510 void resctrl_release_lock(int fd)
511 {
512         int ret;
513
514         /* take shared lock on resctrl filesystem */
515         ret = flock(fd, LOCK_UN);
516         if (ret) {
517                 perror("flock");
518                 exit(-1);
519         }
520 }
521
522 void main(void)
523 {
524         int fd, ret;
525
526         fd = open("/sys/fs/resctrl", O_DIRECTORY);
527         if (fd == -1) {
528                 perror("open");
529                 exit(-1);
530         }
531         resctrl_take_shared_lock(fd);
532         /* code to read directory contents */
533         resctrl_release_lock(fd);
534
535         resctrl_take_exclusive_lock(fd);
536         /* code to read and write directory contents */
537         resctrl_release_lock(fd);
538 }
539
540 Examples for RDT Monitoring along with allocation usage:
541
542 Reading monitored data
543 ----------------------
544 Reading an event file (for ex: mon_data/mon_L3_00/llc_occupancy) would
545 show the current snapshot of LLC occupancy of the corresponding MON
546 group or CTRL_MON group.
547
548
549 Example 1 (Monitor CTRL_MON group and subset of tasks in CTRL_MON group)
550 ---------
551 On a two socket machine (one L3 cache per socket) with just four bits
552 for cache bit masks
553
554 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
555 # cd /sys/fs/resctrl
556 # mkdir p0 p1
557 # echo "L3:0=3;1=c" > /sys/fs/resctrl/p0/schemata
558 # echo "L3:0=3;1=3" > /sys/fs/resctrl/p1/schemata
559 # echo 5678 > p1/tasks
560 # echo 5679 > p1/tasks
561
562 The default resource group is unmodified, so we have access to all parts
563 of all caches (its schemata file reads "L3:0=f;1=f").
564
565 Tasks that are under the control of group "p0" may only allocate from the
566 "lower" 50% on cache ID 0, and the "upper" 50% of cache ID 1.
567 Tasks in group "p1" use the "lower" 50% of cache on both sockets.
568
569 Create monitor groups and assign a subset of tasks to each monitor group.
570
571 # cd /sys/fs/resctrl/p1/mon_groups
572 # mkdir m11 m12
573 # echo 5678 > m11/tasks
574 # echo 5679 > m12/tasks
575
576 fetch data (data shown in bytes)
577
578 # cat m11/mon_data/mon_L3_00/llc_occupancy
579 16234000
580 # cat m11/mon_data/mon_L3_01/llc_occupancy
581 14789000
582 # cat m12/mon_data/mon_L3_00/llc_occupancy
583 16789000
584
585 The parent ctrl_mon group shows the aggregated data.
586
587 # cat /sys/fs/resctrl/p1/mon_data/mon_l3_00/llc_occupancy
588 31234000
589
590 Example 2 (Monitor a task from its creation)
591 ---------
592 On a two socket machine (one L3 cache per socket)
593
594 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
595 # cd /sys/fs/resctrl
596 # mkdir p0 p1
597
598 An RMID is allocated to the group once its created and hence the <cmd>
599 below is monitored from its creation.
600
601 # echo $$ > /sys/fs/resctrl/p1/tasks
602 # <cmd>
603
604 Fetch the data
605
606 # cat /sys/fs/resctrl/p1/mon_data/mon_l3_00/llc_occupancy
607 31789000
608
609 Example 3 (Monitor without CAT support or before creating CAT groups)
610 ---------
611
612 Assume a system like HSW has only CQM and no CAT support. In this case
613 the resctrl will still mount but cannot create CTRL_MON directories.
614 But user can create different MON groups within the root group thereby
615 able to monitor all tasks including kernel threads.
616
617 This can also be used to profile jobs cache size footprint before being
618 able to allocate them to different allocation groups.
619
620 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
621 # cd /sys/fs/resctrl
622 # mkdir mon_groups/m01
623 # mkdir mon_groups/m02
624
625 # echo 3478 > /sys/fs/resctrl/mon_groups/m01/tasks
626 # echo 2467 > /sys/fs/resctrl/mon_groups/m02/tasks
627
628 Monitor the groups separately and also get per domain data. From the
629 below its apparent that the tasks are mostly doing work on
630 domain(socket) 0.
631
632 # cat /sys/fs/resctrl/mon_groups/m01/mon_L3_00/llc_occupancy
633 31234000
634 # cat /sys/fs/resctrl/mon_groups/m01/mon_L3_01/llc_occupancy
635 34555
636 # cat /sys/fs/resctrl/mon_groups/m02/mon_L3_00/llc_occupancy
637 31234000
638 # cat /sys/fs/resctrl/mon_groups/m02/mon_L3_01/llc_occupancy
639 32789
640
641
642 Example 4 (Monitor real time tasks)
643 -----------------------------------
644
645 A single socket system which has real time tasks running on cores 4-7
646 and non real time tasks on other cpus. We want to monitor the cache
647 occupancy of the real time threads on these cores.
648
649 # mount -t resctrl resctrl /sys/fs/resctrl
650 # cd /sys/fs/resctrl
651 # mkdir p1
652
653 Move the cpus 4-7 over to p1
654 # echo f0 > p0/cpus
655
656 View the llc occupancy snapshot
657
658 # cat /sys/fs/resctrl/p1/mon_data/mon_L3_00/llc_occupancy
659 11234000