block/bfq-iosched.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later */
   2 /*
   3  * Header file for the BFQ I/O scheduler: data structures and
   4  * prototypes of interface functions among BFQ components.
   5  */
   6 #ifndef _BFQ_H
   7 #define _BFQ_H
   8
   9 #include <linux/blktrace_api.h>
  10 #include <linux/hrtimer.h>
  11 #include <linux/blk-cgroup.h>
  12
  13 #include "blk-cgroup-rwstat.h"
  14
  15 #define BFQ_IOPRIO_CLASSES      3
  16 #define BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT     (HZ/5)
  17
  18 #define BFQ_MIN_WEIGHT                  1
  19 #define BFQ_MAX_WEIGHT                  1000
  20 #define BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF     10
  21
  22 #define BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO        4
  23
  24 #define BFQ_WEIGHT_LEGACY_DFL   100
  25 #define BFQ_DEFAULT_GRP_IOPRIO  0
  26 #define BFQ_DEFAULT_GRP_CLASS   IOPRIO_CLASS_BE
  27
  28 #define MAX_PID_STR_LENGTH 12
  29
  30 /*
  31  * Soft real-time applications are extremely more latency sensitive
  32  * than interactive ones. Over-raise the weight of the former to
  33  * privilege them against the latter.
  34  */
  35 #define BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR        100
  36
  37 struct bfq_entity;
  38
  39 /**
  40  * struct bfq_service_tree - per ioprio_class service tree.
  41  *
  42  * Each service tree represents a B-WF2Q+ scheduler on its own.  Each
  43  * ioprio_class has its own independent scheduler, and so its own
  44  * bfq_service_tree.  All the fields are protected by the queue lock
  45  * of the containing bfqd.
  46  */
  47 struct bfq_service_tree {
  48         /* tree for active entities (i.e., those backlogged) */
  49         struct rb_root active;
  50         /* tree for idle entities (i.e., not backlogged, with V < F_i)*/
  51         struct rb_root idle;
  52
  53         /* idle entity with minimum F_i */
  54         struct bfq_entity *first_idle;
  55         /* idle entity with maximum F_i */
  56         struct bfq_entity *last_idle;
  57
  58         /* scheduler virtual time */
  59         u64 vtime;
  60         /* scheduler weight sum; active and idle entities contribute to it */
  61         unsigned long wsum;
  62 };
  63
  64 /**
  65  * struct bfq_sched_data - multi-class scheduler.
  66  *
  67  * bfq_sched_data is the basic scheduler queue.  It supports three
  68  * ioprio_classes, and can be used either as a toplevel queue or as an
  69  * intermediate queue in a hierarchical setup.
  70  *
  71  * The supported ioprio_classes are the same as in CFQ, in descending
  72  * priority order, IOPRIO_CLASS_RT, IOPRIO_CLASS_BE, IOPRIO_CLASS_IDLE.
  73  * Requests from higher priority queues are served before all the
  74  * requests from lower priority queues; among requests of the same
  75  * queue requests are served according to B-WF2Q+.
  76  *
  77  * The schedule is implemented by the service trees, plus the field
  78  * @next_in_service, which points to the entity on the active trees
  79  * that will be served next, if 1) no changes in the schedule occurs
  80  * before the current in-service entity is expired, 2) the in-service
  81  * queue becomes idle when it expires, and 3) if the entity pointed by
  82  * in_service_entity is not a queue, then the in-service child entity
  83  * of the entity pointed by in_service_entity becomes idle on
  84  * expiration. This peculiar definition allows for the following
  85  * optimization, not yet exploited: while a given entity is still in
  86  * service, we already know which is the best candidate for next
  87  * service among the other active entities in the same parent
  88  * entity. We can then quickly compare the timestamps of the
  89  * in-service entity with those of such best candidate.
  90  *
  91  * All fields are protected by the lock of the containing bfqd.
  92  */
  93 struct bfq_sched_data {
  94         /* entity in service */
  95         struct bfq_entity *in_service_entity;
  96         /* head-of-line entity (see comments above) */
  97         struct bfq_entity *next_in_service;
  98         /* array of service trees, one per ioprio_class */
  99         struct bfq_service_tree service_tree[BFQ_IOPRIO_CLASSES];
 100         /* last time CLASS_IDLE was served */
 101         unsigned long bfq_class_idle_last_service;
 102
 103 };
 104
 105 /**
 106  * struct bfq_weight_counter - counter of the number of all active queues
 107  *                             with a given weight.
 108  */
 109 struct bfq_weight_counter {
 110         unsigned int weight; /* weight of the queues this counter refers to */
 111         unsigned int num_active; /* nr of active queues with this weight */
 112         /*
 113          * Weights tree member (see bfq_data's @queue_weights_tree)
 114          */
 115         struct rb_node weights_node;
 116 };
 117
 118 /**
 119  * struct bfq_entity - schedulable entity.
 120  *
 121  * A bfq_entity is used to represent either a bfq_queue (leaf node in the
 122  * cgroup hierarchy) or a bfq_group into the upper level scheduler.  Each
 123  * entity belongs to the sched_data of the parent group in the cgroup
 124  * hierarchy.  Non-leaf entities have also their own sched_data, stored
 125  * in @my_sched_data.
 126  *
 127  * Each entity stores independently its priority values; this would
 128  * allow different weights on different devices, but this
 129  * functionality is not exported to userspace by now.  Priorities and
 130  * weights are updated lazily, first storing the new values into the
 131  * new_* fields, then setting the @prio_changed flag.  As soon as
 132  * there is a transition in the entity state that allows the priority
 133  * update to take place the effective and the requested priority
 134  * values are synchronized.
 135  *
 136  * Unless cgroups are used, the weight value is calculated from the
 137  * ioprio to export the same interface as CFQ.  When dealing with
 138  * "well-behaved" queues (i.e., queues that do not spend too much
 139  * time to consume their budget and have true sequential behavior, and
 140  * when there are no external factors breaking anticipation) the
 141  * relative weights at each level of the cgroups hierarchy should be
 142  * guaranteed.  All the fields are protected by the queue lock of the
 143  * containing bfqd.
 144  */
 145 struct bfq_entity {
 146         /* service_tree member */
 147         struct rb_node rb_node;
 148
 149         /*
 150          * Flag, true if the entity is on a tree (either the active or
 151          * the idle one of its service_tree) or is in service.
 152          */
 153         bool on_st_or_in_serv;
 154
 155         /* B-WF2Q+ start and finish timestamps [sectors/weight] */
 156         u64 start, finish;
 157
 158         /* tree the entity is enqueued into; %NULL if not on a tree */
 159         struct rb_root *tree;
 160
 161         /*
 162          * minimum start time of the (active) subtree rooted at this
 163          * entity; used for O(log N) lookups into active trees
 164          */
 165         u64 min_start;
 166
 167         /* amount of service received during the last service slot */
 168         int service;
 169
 170         /* budget, used also to calculate F_i: F_i = S_i + @budget / @weight */
 171         int budget;
 172
 173         /* device weight, if non-zero, it overrides the default weight of
 174          * bfq_group_data */
 175         int dev_weight;
 176         /* weight of the queue */
 177         int weight;
 178         /* next weight if a change is in progress */
 179         int new_weight;
 180
 181         /* original weight, used to implement weight boosting */
 182         int orig_weight;
 183
 184         /* parent entity, for hierarchical scheduling */
 185         struct bfq_entity *parent;
 186
 187         /*
 188          * For non-leaf nodes in the hierarchy, the associated
 189          * scheduler queue, %NULL on leaf nodes.
 190          */
 191         struct bfq_sched_data *my_sched_data;
 192         /* the scheduler queue this entity belongs to */
 193         struct bfq_sched_data *sched_data;
 194
 195         /* flag, set to request a weight, ioprio or ioprio_class change  */
 196         int prio_changed;
 197
 198         /* flag, set if the entity is counted in groups_with_pending_reqs */
 199         bool in_groups_with_pending_reqs;
 200
 201         /* last child queue of entity created (for non-leaf entities) */
 202         struct bfq_queue *last_bfqq_created;
 203 };
 204
 205 struct bfq_group;
 206
 207 /**
 208  * struct bfq_ttime - per process thinktime stats.
 209  */
 210 struct bfq_ttime {
 211         /* completion time of the last request */
 212         u64 last_end_request;
 213
 214         /* total process thinktime */
 215         u64 ttime_total;
 216         /* number of thinktime samples */
 217         unsigned long ttime_samples;
 218         /* average process thinktime */
 219         u64 ttime_mean;
 220 };
 221
 222 /**
 223  * struct bfq_queue - leaf schedulable entity.
 224  *
 225  * A bfq_queue is a leaf request queue; it can be associated with an
 226  * io_context or more, if it  is  async or shared  between  cooperating
 227  * processes. @cgroup holds a reference to the cgroup, to be sure that it
 228  * does not disappear while a bfqq still references it (mostly to avoid
 229  * races between request issuing and task migration followed by cgroup
 230  * destruction).
 231  * All the fields are protected by the queue lock of the containing bfqd.
 232  */
 233 struct bfq_queue {
 234         /* reference counter */
 235         int ref;
 236         /* counter of references from other queues for delayed stable merge */
 237         int stable_ref;
 238         /* parent bfq_data */
 239         struct bfq_data *bfqd;
 240
 241         /* current ioprio and ioprio class */
 242         unsigned short ioprio, ioprio_class;
 243         /* next ioprio and ioprio class if a change is in progress */
 244         unsigned short new_ioprio, new_ioprio_class;
 245
 246         /* last total-service-time sample, see bfq_update_inject_limit() */
 247         u64 last_serv_time_ns;
 248         /* limit for request injection */
 249         unsigned int inject_limit;
 250         /* last time the inject limit has been decreased, in jiffies */
 251         unsigned long decrease_time_jif;
 252
 253         /*
 254          * Shared bfq_queue if queue is cooperating with one or more
 255          * other queues.
 256          */
 257         struct bfq_queue *new_bfqq;
 258         /* request-position tree member (see bfq_group's @rq_pos_tree) */
 259         struct rb_node pos_node;
 260         /* request-position tree root (see bfq_group's @rq_pos_tree) */
 261         struct rb_root *pos_root;
 262
 263         /* sorted list of pending requests */
 264         struct rb_root sort_list;
 265         /* if fifo isn't expired, next request to serve */
 266         struct request *next_rq;
 267         /* number of sync and async requests queued */
 268         int queued[2];
 269         /* number of requests currently allocated */
 270         int allocated;
 271         /* number of pending metadata requests */
 272         int meta_pending;
 273         /* fifo list of requests in sort_list */
 274         struct list_head fifo;
 275
 276         /* entity representing this queue in the scheduler */
 277         struct bfq_entity entity;
 278
 279         /* pointer to the weight counter associated with this entity */
 280         struct bfq_weight_counter *weight_counter;
 281
 282         /* maximum budget allowed from the feedback mechanism */
 283         int max_budget;
 284         /* budget expiration (in jiffies) */
 285         unsigned long budget_timeout;
 286
 287         /* number of requests on the dispatch list or inside driver */
 288         int dispatched;
 289
 290         /* status flags */
 291         unsigned long flags;
 292
 293         /* node for active/idle bfqq list inside parent bfqd */
 294         struct list_head bfqq_list;
 295
 296         /* associated @bfq_ttime struct */
 297         struct bfq_ttime ttime;
 298
 299         /* when bfqq started to do I/O within the last observation window */
 300         u64 io_start_time;
 301         /* how long bfqq has remained empty during the last observ. window */
 302         u64 tot_idle_time;
 303
 304         /* bit vector: a 1 for each seeky requests in history */
 305         u32 seek_history;
 306
 307         /* node for the device's burst list */
 308         struct hlist_node burst_list_node;
 309
 310         /* position of the last request enqueued */
 311         sector_t last_request_pos;
 312
 313         /* Number of consecutive pairs of request completion and
 314          * arrival, such that the queue becomes idle after the
 315          * completion, but the next request arrives within an idle
 316          * time slice; used only if the queue's IO_bound flag has been
 317          * cleared.
 318          */
 319         unsigned int requests_within_timer;
 320
 321         /* pid of the process owning the queue, used for logging purposes */
 322         pid_t pid;
 323
 324         /*
 325          * Pointer to the bfq_io_cq owning the bfq_queue, set to %NULL
 326          * if the queue is shared.
 327          */
 328         struct bfq_io_cq *bic;
 329
 330         /* current maximum weight-raising time for this queue */
 331         unsigned long wr_cur_max_time;
 332         /*
 333          * Minimum time instant such that, only if a new request is
 334          * enqueued after this time instant in an idle @bfq_queue with
 335          * no outstanding requests, then the task associated with the
 336          * queue it is deemed as soft real-time (see the comments on
 337          * the function bfq_bfqq_softrt_next_start())
 338          */
 339         unsigned long soft_rt_next_start;
 340         /*
 341          * Start time of the current weight-raising period if
 342          * the @bfq-queue is being weight-raised, otherwise
 343          * finish time of the last weight-raising period.
 344          */
 345         unsigned long last_wr_start_finish;
 346         /* factor by which the weight of this queue is multiplied */
 347         unsigned int wr_coeff;
 348         /*
 349          * Time of the last transition of the @bfq_queue from idle to
 350          * backlogged.
 351          */
 352         unsigned long last_idle_bklogged;
 353         /*
 354          * Cumulative service received from the @bfq_queue since the
 355          * last transition from idle to backlogged.
 356          */
 357         unsigned long service_from_backlogged;
 358         /*
 359          * Cumulative service received from the @bfq_queue since its
 360          * last transition to weight-raised state.
 361          */
 362         unsigned long service_from_wr;
 363
 364         /*
 365          * Value of wr start time when switching to soft rt
 366          */
 367         unsigned long wr_start_at_switch_to_srt;
 368
 369         unsigned long split_time; /* time of last split */
 370
 371         unsigned long first_IO_time; /* time of first I/O for this queue */
 372
 373         unsigned long creation_time; /* when this queue is created */
 374
 375         /* max service rate measured so far */
 376         u32 max_service_rate;
 377
 378         /*
 379          * Pointer to the waker queue for this queue, i.e., to the
 380          * queue Q such that this queue happens to get new I/O right
 381          * after some I/O request of Q is completed. For details, see
 382          * the comments on the choice of the queue for injection in
 383          * bfq_select_queue().
 384          */
 385         struct bfq_queue *waker_bfqq;
 386         /* pointer to the curr. tentative waker queue, see bfq_check_waker() */
 387         struct bfq_queue *tentative_waker_bfqq;
 388         /* number of times the same tentative waker has been detected */
 389         unsigned int num_waker_detections;
 390
 391         /* node for woken_list, see below */
 392         struct hlist_node woken_list_node;
 393         /*
 394          * Head of the list of the woken queues for this queue, i.e.,
 395          * of the list of the queues for which this queue is a waker
 396          * queue. This list is used to reset the waker_bfqq pointer in
 397          * the woken queues when this queue exits.
 398          */
 399         struct hlist_head woken_list;
 400 };
 401
 402 /**
 403  * struct bfq_io_cq - per (request_queue, io_context) structure.
 404  */
 405 struct bfq_io_cq {
 406         /* associated io_cq structure */
 407         struct io_cq icq; /* must be the first member */
 408         /* array of two process queues, the sync and the async */
 409         struct bfq_queue *bfqq[2];
 410         /* per (request_queue, blkcg) ioprio */
 411         int ioprio;
 412 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
 413         uint64_t blkcg_serial_nr; /* the current blkcg serial */
 414 #endif
 415         /*
 416          * Snapshot of the has_short_time flag before merging; taken
 417          * to remember its value while the queue is merged, so as to
 418          * be able to restore it in case of split.
 419          */
 420         bool saved_has_short_ttime;
 421         /*
 422          * Same purpose as the previous two fields for the I/O bound
 423          * classification of a queue.
 424          */
 425         bool saved_IO_bound;
 426
 427         u64 saved_io_start_time;
 428         u64 saved_tot_idle_time;
 429
 430         /*
 431          * Same purpose as the previous fields for the value of the
 432          * field keeping the queue's belonging to a large burst
 433          */
 434         bool saved_in_large_burst;
 435         /*
 436          * True if the queue belonged to a burst list before its merge
 437          * with another cooperating queue.
 438          */
 439         bool was_in_burst_list;
 440
 441         /*
 442          * Save the weight when a merge occurs, to be able
 443          * to restore it in case of split. If the weight is not
 444          * correctly resumed when the queue is recycled,
 445          * then the weight of the recycled queue could differ
 446          * from the weight of the original queue.
 447          */
 448         unsigned int saved_weight;
 449
 450         /*
 451          * Similar to previous fields: save wr information.
 452          */
 453         unsigned long saved_wr_coeff;
 454         unsigned long saved_last_wr_start_finish;
 455         unsigned long saved_service_from_wr;
 456         unsigned long saved_wr_start_at_switch_to_srt;
 457         unsigned int saved_wr_cur_max_time;
 458         struct bfq_ttime saved_ttime;
 459
 460         /* Save also injection state */
 461         u64 saved_last_serv_time_ns;
 462         unsigned int saved_inject_limit;
 463         unsigned long saved_decrease_time_jif;
 464
 465         /* candidate queue for a stable merge (due to close creation time) */
 466         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq;
 467
 468         bool stably_merged;     /* non splittable if true */
 469 };
 470
 471 /**
 472  * struct bfq_data - per-device data structure.
 473  *
 474  * All the fields are protected by @lock.
 475  */
 476 struct bfq_data {
 477         /* device request queue */
 478         struct request_queue *queue;
 479         /* dispatch queue */
 480         struct list_head dispatch;
 481
 482         /* root bfq_group for the device */
 483         struct bfq_group *root_group;
 484
 485         /*
 486          * rbtree of weight counters of @bfq_queues, sorted by
 487          * weight. Used to keep track of whether all @bfq_queues have
 488          * the same weight. The tree contains one counter for each
 489          * distinct weight associated to some active and not
 490          * weight-raised @bfq_queue (see the comments to the functions
 491          * bfq_weights_tree_[add|remove] for further details).
 492          */
 493         struct rb_root_cached queue_weights_tree;
 494
 495         /*
 496          * Number of groups with at least one descendant process that
 497          * has at least one request waiting for completion. Note that
 498          * this accounts for also requests already dispatched, but not
 499          * yet completed. Therefore this number of groups may differ
 500          * (be larger) than the number of active groups, as a group is
 501          * considered active only if its corresponding entity has
 502          * descendant queues with at least one request queued. This
 503          * number is used to decide whether a scenario is symmetric.
 504          * For a detailed explanation see comments on the computation
 505          * of the variable asymmetric_scenario in the function
 506          * bfq_better_to_idle().
 507          *
 508          * However, it is hard to compute this number exactly, for
 509          * groups with multiple descendant processes. Consider a group
 510          * that is inactive, i.e., that has no descendant process with
 511          * pending I/O inside BFQ queues. Then suppose that
 512          * num_groups_with_pending_reqs is still accounting for this
 513          * group, because the group has descendant processes with some
 514          * I/O request still in flight. num_groups_with_pending_reqs
 515          * should be decremented when the in-flight request of the
 516          * last descendant process is finally completed (assuming that
 517          * nothing else has changed for the group in the meantime, in
 518          * terms of composition of the group and active/inactive state of child
 519          * groups and processes). To accomplish this, an additional
 520          * pending-request counter must be added to entities, and must
 521          * be updated correctly. To avoid this additional field and operations,
 522          * we resort to the following tradeoff between simplicity and
 523          * accuracy: for an inactive group that is still counted in
 524          * num_groups_with_pending_reqs, we decrement
 525          * num_groups_with_pending_reqs when the first descendant
 526          * process of the group remains with no request waiting for
 527          * completion.
 528          *
 529          * Even this simpler decrement strategy requires a little
 530          * carefulness: to avoid multiple decrements, we flag a group,
 531          * more precisely an entity representing a group, as still
 532          * counted in num_groups_with_pending_reqs when it becomes
 533          * inactive. Then, when the first descendant queue of the
 534          * entity remains with no request waiting for completion,
 535          * num_groups_with_pending_reqs is decremented, and this flag
 536          * is reset. After this flag is reset for the entity,
 537          * num_groups_with_pending_reqs won't be decremented any
 538          * longer in case a new descendant queue of the entity remains
 539          * with no request waiting for completion.
 540          */
 541         unsigned int num_groups_with_pending_reqs;
 542
 543         /*
 544          * Per-class (RT, BE, IDLE) number of bfq_queues containing
 545          * requests (including the queue in service, even if it is
 546          * idling).
 547          */
 548         unsigned int busy_queues[3];
 549         /* number of weight-raised busy @bfq_queues */
 550         int wr_busy_queues;
 551         /* number of queued requests */
 552         int queued;
 553         /* number of requests dispatched and waiting for completion */
 554         int rq_in_driver;
 555
 556         /* true if the device is non rotational and performs queueing */
 557         bool nonrot_with_queueing;
 558
 559         /*
 560          * Maximum number of requests in driver in the last
 561          * @hw_tag_samples completed requests.
 562          */
 563         int max_rq_in_driver;
 564         /* number of samples used to calculate hw_tag */
 565         int hw_tag_samples;
 566         /* flag set to one if the driver is showing a queueing behavior */
 567         int hw_tag;
 568
 569         /* number of budgets assigned */
 570         int budgets_assigned;
 571
 572         /*
 573          * Timer set when idling (waiting) for the next request from
 574          * the queue in service.
 575          */
 576         struct hrtimer idle_slice_timer;
 577
 578         /* bfq_queue in service */
 579         struct bfq_queue *in_service_queue;
 580
 581         /* on-disk position of the last served request */
 582         sector_t last_position;
 583
 584         /* position of the last served request for the in-service queue */
 585         sector_t in_serv_last_pos;
 586
 587         /* time of last request completion (ns) */
 588         u64 last_completion;
 589
 590         /* bfqq owning the last completed rq */
 591         struct bfq_queue *last_completed_rq_bfqq;
 592
 593         /* last bfqq created, among those in the root group */
 594         struct bfq_queue *last_bfqq_created;
 595
 596         /* time of last transition from empty to non-empty (ns) */
 597         u64 last_empty_occupied_ns;
 598
 599         /*
 600          * Flag set to activate the sampling of the total service time
 601          * of a just-arrived first I/O request (see
 602          * bfq_update_inject_limit()). This will cause the setting of
 603          * waited_rq when the request is finally dispatched.
 604          */
 605         bool wait_dispatch;
 606         /*
 607          *  If set, then bfq_update_inject_limit() is invoked when
 608          *  waited_rq is eventually completed.
 609          */
 610         struct request *waited_rq;
 611         /*
 612          * True if some request has been injected during the last service hole.
 613          */
 614         bool rqs_injected;
 615
 616         /* time of first rq dispatch in current observation interval (ns) */
 617         u64 first_dispatch;
 618         /* time of last rq dispatch in current observation interval (ns) */
 619         u64 last_dispatch;
 620
 621         /* beginning of the last budget */
 622         ktime_t last_budget_start;
 623         /* beginning of the last idle slice */
 624         ktime_t last_idling_start;
 625         unsigned long last_idling_start_jiffies;
 626
 627         /* number of samples in current observation interval */
 628         int peak_rate_samples;
 629         /* num of samples of seq dispatches in current observation interval */
 630         u32 sequential_samples;
 631         /* total num of sectors transferred in current observation interval */
 632         u64 tot_sectors_dispatched;
 633         /* max rq size seen during current observation interval (sectors) */
 634         u32 last_rq_max_size;
 635         /* time elapsed from first dispatch in current observ. interval (us) */
 636         u64 delta_from_first;
 637         /*
 638          * Current estimate of the device peak rate, measured in
 639          * [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT]. The left-shift by
 640          * BFQ_RATE_SHIFT is performed to increase precision in
 641          * fixed-point calculations.
 642          */
 643         u32 peak_rate;
 644
 645         /* maximum budget allotted to a bfq_queue before rescheduling */
 646         int bfq_max_budget;
 647
 648         /* list of all the bfq_queues active on the device */
 649         struct list_head active_list;
 650         /* list of all the bfq_queues idle on the device */
 651         struct list_head idle_list;
 652
 653         /*
 654          * Timeout for async/sync requests; when it fires, requests
 655          * are served in fifo order.
 656          */
 657         u64 bfq_fifo_expire[2];
 658         /* weight of backward seeks wrt forward ones */
 659         unsigned int bfq_back_penalty;
 660         /* maximum allowed backward seek */
 661         unsigned int bfq_back_max;
 662         /* maximum idling time */
 663         u32 bfq_slice_idle;
 664
 665         /* user-configured max budget value (0 for auto-tuning) */
 666         int bfq_user_max_budget;
 667         /*
 668          * Timeout for bfq_queues to consume their budget; used to
 669          * prevent seeky queues from imposing long latencies to
 670          * sequential or quasi-sequential ones (this also implies that
 671          * seeky queues cannot receive guarantees in the service
 672          * domain; after a timeout they are charged for the time they
 673          * have been in service, to preserve fairness among them, but
 674          * without service-domain guarantees).
 675          */
 676         unsigned int bfq_timeout;
 677
 678         /*
 679          * Force device idling whenever needed to provide accurate
 680          * service guarantees, without caring about throughput
 681          * issues. CAVEAT: this may even increase latencies, in case
 682          * of useless idling for processes that did stop doing I/O.
 683          */
 684         bool strict_guarantees;
 685
 686         /*
 687          * Last time at which a queue entered the current burst of
 688          * queues being activated shortly after each other; for more
 689          * details about this and the following parameters related to
 690          * a burst of activations, see the comments on the function
 691          * bfq_handle_burst.
 692          */
 693         unsigned long last_ins_in_burst;
 694         /*
 695          * Reference time interval used to decide whether a queue has
 696          * been activated shortly after @last_ins_in_burst.
 697          */
 698         unsigned long bfq_burst_interval;
 699         /* number of queues in the current burst of queue activations */
 700         int burst_size;
 701
 702         /* common parent entity for the queues in the burst */
 703         struct bfq_entity *burst_parent_entity;
 704         /* Maximum burst size above which the current queue-activation
 705          * burst is deemed as 'large'.
 706          */
 707         unsigned long bfq_large_burst_thresh;
 708         /* true if a large queue-activation burst is in progress */
 709         bool large_burst;
 710         /*
 711          * Head of the burst list (as for the above fields, more
 712          * details in the comments on the function bfq_handle_burst).
 713          */
 714         struct hlist_head burst_list;
 715
 716         /* if set to true, low-latency heuristics are enabled */
 717         bool low_latency;
 718         /*
 719          * Maximum factor by which the weight of a weight-raised queue
 720          * is multiplied.
 721          */
 722         unsigned int bfq_wr_coeff;
 723         /* maximum duration of a weight-raising period (jiffies) */
 724         unsigned int bfq_wr_max_time;
 725
 726         /* Maximum weight-raising duration for soft real-time processes */
 727         unsigned int bfq_wr_rt_max_time;
 728         /*
 729          * Minimum idle period after which weight-raising may be
 730          * reactivated for a queue (in jiffies).
 731          */
 732         unsigned int bfq_wr_min_idle_time;
 733         /*
 734          * Minimum period between request arrivals after which
 735          * weight-raising may be reactivated for an already busy async
 736          * queue (in jiffies).
 737          */
 738         unsigned long bfq_wr_min_inter_arr_async;
 739
 740         /* Max service-rate for a soft real-time queue, in sectors/sec */
 741         unsigned int bfq_wr_max_softrt_rate;
 742         /*
 743          * Cached value of the product ref_rate*ref_wr_duration, used
 744          * for computing the maximum duration of weight raising
 745          * automatically.
 746          */
 747         u64 rate_dur_prod;
 748
 749         /* fallback dummy bfqq for extreme OOM conditions */
 750         struct bfq_queue oom_bfqq;
 751
 752         spinlock_t lock;
 753
 754         /*
 755          * bic associated with the task issuing current bio for
 756          * merging. This and the next field are used as a support to
 757          * be able to perform the bic lookup, needed by bio-merge
 758          * functions, before the scheduler lock is taken, and thus
 759          * avoid taking the request-queue lock while the scheduler
 760          * lock is being held.
 761          */
 762         struct bfq_io_cq *bio_bic;
 763         /* bfqq associated with the task issuing current bio for merging */
 764         struct bfq_queue *bio_bfqq;
 765
 766         /*
 767          * Depth limits used in bfq_limit_depth (see comments on the
 768          * function)
 769          */
 770         unsigned int word_depths[2][2];
 771 };
 772
 773 enum bfqq_state_flags {
 774         BFQQF_just_created = 0, /* queue just allocated */
 775         BFQQF_busy,             /* has requests or is in service */
 776         BFQQF_wait_request,     /* waiting for a request */
 777         BFQQF_non_blocking_wait_rq, /*
 778                                      * waiting for a request
 779                                      * without idling the device
 780                                      */
 781         BFQQF_fifo_expire,      /* FIFO checked in this slice */
 782         BFQQF_has_short_ttime,  /* queue has a short think time */
 783         BFQQF_sync,             /* synchronous queue */
 784         BFQQF_IO_bound,         /*
 785                                  * bfqq has timed-out at least once
 786                                  * having consumed at most 2/10 of
 787                                  * its budget
 788                                  */
 789         BFQQF_in_large_burst,   /*
 790                                  * bfqq activated in a large burst,
 791                                  * see comments to bfq_handle_burst.
 792                                  */
 793         BFQQF_softrt_update,    /*
 794                                  * may need softrt-next-start
 795                                  * update
 796                                  */
 797         BFQQF_coop,             /* bfqq is shared */
 798         BFQQF_split_coop,       /* shared bfqq will be split */
 799 };
 800
 801 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
 802 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq);                      \
 803 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq);                     \
 804 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq);
 805
 806 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
 807 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
 808 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
 809 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
 810 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
 811 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
 812 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
 813 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
 814 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
 815 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
 816 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
 817 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
 818 #undef BFQ_BFQQ_FNS
 819
 820 /* Expiration reasons. */
 821 enum bfqq_expiration {
 822         BFQQE_TOO_IDLE = 0,             /*
 823                                          * queue has been idling for
 824                                          * too long
 825                                          */
 826         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT,   /* budget took too long to be used */
 827         BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED, /* budget consumed */
 828         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS, /* the queue has no more requests */
 829         BFQQE_PREEMPTED         /* preemption in progress */
 830 };
 831
 832 struct bfq_stat {
 833         struct percpu_counter           cpu_cnt;
 834         atomic64_t                      aux_cnt;
 835 };
 836
 837 struct bfqg_stats {
 838         /* basic stats */
 839         struct blkg_rwstat              bytes;
 840         struct blkg_rwstat              ios;
 841 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
 842         /* number of ios merged */
 843         struct blkg_rwstat              merged;
 844         /* total time spent on device in ns, may not be accurate w/ queueing */
 845         struct blkg_rwstat              service_time;
 846         /* total time spent waiting in scheduler queue in ns */
 847         struct blkg_rwstat              wait_time;
 848         /* number of IOs queued up */
 849         struct blkg_rwstat              queued;
 850         /* total disk time and nr sectors dispatched by this group */
 851         struct bfq_stat         time;
 852         /* sum of number of ios queued across all samples */
 853         struct bfq_stat         avg_queue_size_sum;
 854         /* count of samples taken for average */
 855         struct bfq_stat         avg_queue_size_samples;
 856         /* how many times this group has been removed from service tree */
 857         struct bfq_stat         dequeue;
 858         /* total time spent waiting for it to be assigned a timeslice. */
 859         struct bfq_stat         group_wait_time;
 860         /* time spent idling for this blkcg_gq */
 861         struct bfq_stat         idle_time;
 862         /* total time with empty current active q with other requests queued */
 863         struct bfq_stat         empty_time;
 864         /* fields after this shouldn't be cleared on stat reset */
 865         u64                             start_group_wait_time;
 866         u64                             start_idle_time;
 867         u64                             start_empty_time;
 868         uint16_t                        flags;
 869 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
 870 };
 871
 872 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
 873
 874 /*
 875  * struct bfq_group_data - per-blkcg storage for the blkio subsystem.
 876  *
 877  * @ps: @blkcg_policy_storage that this structure inherits
 878  * @weight: weight of the bfq_group
 879  */
 880 struct bfq_group_data {
 881         /* must be the first member */
 882         struct blkcg_policy_data pd;
 883
 884         unsigned int weight;
 885 };
 886
 887 /**
 888  * struct bfq_group - per (device, cgroup) data structure.
 889  * @entity: schedulable entity to insert into the parent group sched_data.
 890  * @sched_data: own sched_data, to contain child entities (they may be
 891  *              both bfq_queues and bfq_groups).
 892  * @bfqd: the bfq_data for the device this group acts upon.
 893  * @async_bfqq: array of async queues for all the tasks belonging to
 894  *              the group, one queue per ioprio value per ioprio_class,
 895  *              except for the idle class that has only one queue.
 896  * @async_idle_bfqq: async queue for the idle class (ioprio is ignored).
 897  * @my_entity: pointer to @entity, %NULL for the toplevel group; used
 898  *             to avoid too many special cases during group creation/
 899  *             migration.
 900  * @stats: stats for this bfqg.
 901  * @active_entities: number of active entities belonging to the group;
 902  *                   unused for the root group. Used to know whether there
 903  *                   are groups with more than one active @bfq_entity
 904  *                   (see the comments to the function
 905  *                   bfq_bfqq_may_idle()).
 906  * @rq_pos_tree: rbtree sorted by next_request position, used when
 907  *               determining if two or more queues have interleaving
 908  *               requests (see bfq_find_close_cooperator()).
 909  *
 910  * Each (device, cgroup) pair has its own bfq_group, i.e., for each cgroup
 911  * there is a set of bfq_groups, each one collecting the lower-level
 912  * entities belonging to the group that are acting on the same device.
 913  *
 914  * Locking works as follows:
 915  *    o @bfqd is protected by the queue lock, RCU is used to access it
 916  *      from the readers.
 917  *    o All the other fields are protected by the @bfqd queue lock.
 918  */
 919 struct bfq_group {
 920         /* must be the first member */
 921         struct blkg_policy_data pd;
 922
 923         /* cached path for this blkg (see comments in bfq_bic_update_cgroup) */
 924         char blkg_path[128];
 925
 926         /* reference counter (see comments in bfq_bic_update_cgroup) */
 927         int ref;
 928
 929         struct bfq_entity entity;
 930         struct bfq_sched_data sched_data;
 931
 932         void *bfqd;
 933
 934         struct bfq_queue *async_bfqq[2][IOPRIO_NR_LEVELS];
 935         struct bfq_queue *async_idle_bfqq;
 936
 937         struct bfq_entity *my_entity;
 938
 939         int active_entities;
 940
 941         struct rb_root rq_pos_tree;
 942
 943         struct bfqg_stats stats;
 944 };
 945
 946 #else
 947 struct bfq_group {
 948         struct bfq_entity entity;
 949         struct bfq_sched_data sched_data;
 950
 951         struct bfq_queue *async_bfqq[2][IOPRIO_NR_LEVELS];
 952         struct bfq_queue *async_idle_bfqq;
 953
 954         struct rb_root rq_pos_tree;
 955 };
 956 #endif
 957
 958 /* --------------- main algorithm interface ----------------- */
 959
 960 #define BFQ_SERVICE_TREE_INIT   ((struct bfq_service_tree)              \
 961                                 { RB_ROOT, RB_ROOT, NULL, NULL, 0, 0 })
 962
 963 extern const int bfq_timeout;
 964
 965 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync);
 966 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync);
 967 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic);
 968 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
 969 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
 970                           struct rb_root_cached *root);
 971 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
 972                                struct bfq_queue *bfqq,
 973                                struct rb_root_cached *root);
 974 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
 975                              struct bfq_queue *bfqq);
 976 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
 977                      bool compensate, enum bfqq_expiration reason);
 978 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq);
 979 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg);
 980 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
 981 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd);
 982 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg);
 983
 984 /* ------------ end of main algorithm interface -------------- */
 985
 986 /* ---------------- cgroups-support interface ---------------- */
 987
 988 void bfqg_stats_update_legacy_io(struct request_queue *q, struct request *rq);
 989 void bfqg_stats_update_io_add(struct bfq_group *bfqg, struct bfq_queue *bfqq,
 990                               unsigned int op);
 991 void bfqg_stats_update_io_remove(struct bfq_group *bfqg, unsigned int op);
 992 void bfqg_stats_update_io_merged(struct bfq_group *bfqg, unsigned int op);
 993 void bfqg_stats_update_completion(struct bfq_group *bfqg, u64 start_time_ns,
 994                                   u64 io_start_time_ns, unsigned int op);
 995 void bfqg_stats_update_dequeue(struct bfq_group *bfqg);
 996 void bfqg_stats_set_start_empty_time(struct bfq_group *bfqg);
 997 void bfqg_stats_update_idle_time(struct bfq_group *bfqg);
 998 void bfqg_stats_set_start_idle_time(struct bfq_group *bfqg);
 999 void bfqg_stats_update_avg_queue_size(struct bfq_group *bfqg);
1000 void bfq_bfqq_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1001                    struct bfq_group *bfqg);
1002
1003 void bfq_init_entity(struct bfq_entity *entity, struct bfq_group *bfqg);
1004 void bfq_bic_update_cgroup(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio);
1005 void bfq_end_wr_async(struct bfq_data *bfqd);
1006 struct bfq_group *bfq_find_set_group(struct bfq_data *bfqd,
1007                                      struct blkcg *blkcg);
1008 struct blkcg_gq *bfqg_to_blkg(struct bfq_group *bfqg);
1009 struct bfq_group *bfqq_group(struct bfq_queue *bfqq);
1010 struct bfq_group *bfq_create_group_hierarchy(struct bfq_data *bfqd, int node);
1011 void bfqg_and_blkg_put(struct bfq_group *bfqg);
1012
1013 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1014 extern struct cftype bfq_blkcg_legacy_files[];
1015 extern struct cftype bfq_blkg_files[];
1016 extern struct blkcg_policy blkcg_policy_bfq;
1017 #endif
1018
1019 /* ------------- end of cgroups-support interface ------------- */
1020
1021 /* - interface of the internal hierarchical B-WF2Q+ scheduler - */
1022
1023 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1024 /* both next loops stop at one of the child entities of the root group */
1025 #define for_each_entity(entity) \
1026         for (; entity ; entity = entity->parent)
1027
1028 /*
1029  * For each iteration, compute parent in advance, so as to be safe if
1030  * entity is deallocated during the iteration. Such a deallocation may
1031  * happen as a consequence of a bfq_put_queue that frees the bfq_queue
1032  * containing entity.
1033  */
1034 #define for_each_entity_safe(entity, parent) \
1035         for (; entity && ({ parent = entity->parent; 1; }); entity = parent)
1036
1037 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1038 /*
1039  * Next two macros are fake loops when cgroups support is not
1040  * enabled. I fact, in such a case, there is only one level to go up
1041  * (to reach the root group).
1042  */
1043 #define for_each_entity(entity) \
1044         for (; entity ; entity = NULL)
1045
1046 #define for_each_entity_safe(entity, parent) \
1047         for (parent = NULL; entity ; entity = parent)
1048 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1049
1050 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq);
1051 struct bfq_queue *bfq_entity_to_bfqq(struct bfq_entity *entity);
1052 unsigned int bfq_tot_busy_queues(struct bfq_data *bfqd);
1053 struct bfq_service_tree *bfq_entity_service_tree(struct bfq_entity *entity);
1054 struct bfq_entity *bfq_entity_of(struct rb_node *node);
1055 unsigned short bfq_ioprio_to_weight(int ioprio);
1056 void bfq_put_idle_entity(struct bfq_service_tree *st,
1057                          struct bfq_entity *entity);
1058 struct bfq_service_tree *
1059 __bfq_entity_update_weight_prio(struct bfq_service_tree *old_st,
1060                                 struct bfq_entity *entity,
1061                                 bool update_class_too);
1062 void bfq_bfqq_served(struct bfq_queue *bfqq, int served);
1063 void bfq_bfqq_charge_time(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1064                           unsigned long time_ms);
1065 bool __bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity,
1066                              bool ins_into_idle_tree);
1067 bool next_queue_may_preempt(struct bfq_data *bfqd);
1068 struct bfq_queue *bfq_get_next_queue(struct bfq_data *bfqd);
1069 bool __bfq_bfqd_reset_in_service(struct bfq_data *bfqd);
1070 void bfq_deactivate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1071                          bool ins_into_idle_tree, bool expiration);
1072 void bfq_activate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
1073 void bfq_requeue_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1074                       bool expiration);
1075 void bfq_del_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1076                        bool expiration);
1077 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
1078
1079 /* --------------- end of interface of B-WF2Q+ ---------------- */
1080
1081 /* Logging facilities. */
1082 static inline void bfq_pid_to_str(int pid, char *str, int len)
1083 {
1084         if (pid != -1)
1085                 snprintf(str, len, "%d", pid);
1086         else
1087                 snprintf(str, len, "SHARED-");
1088 }
1089
1090 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1091 struct bfq_group *bfqq_group(struct bfq_queue *bfqq);
1092
1093 #define bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, fmt, args...)  do {                    \
1094         char pid_str[MAX_PID_STR_LENGTH];       \
1095         if (likely(!blk_trace_note_message_enabled((bfqd)->queue)))     \
1096                 break;                                                  \
1097         bfq_pid_to_str((bfqq)->pid, pid_str, MAX_PID_STR_LENGTH);       \
1098         blk_add_cgroup_trace_msg((bfqd)->queue,                         \
1099                         bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg,          \
1100                         "bfq%s%c " fmt, pid_str,                        \
1101                         bfq_bfqq_sync((bfqq)) ? 'S' : 'A', ##args);     \
1102 } while (0)
1103
1104 #define bfq_log_bfqg(bfqd, bfqg, fmt, args...)  do {                    \
1105         blk_add_cgroup_trace_msg((bfqd)->queue,                         \
1106                 bfqg_to_blkg(bfqg)->blkcg, fmt, ##args);                \
1107 } while (0)
1108
1109 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1110
1111 #define bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, fmt, args...) do {     \
1112         char pid_str[MAX_PID_STR_LENGTH];       \
1113         if (likely(!blk_trace_note_message_enabled((bfqd)->queue)))     \
1114                 break;                                                  \
1115         bfq_pid_to_str((bfqq)->pid, pid_str, MAX_PID_STR_LENGTH);       \
1116         blk_add_trace_msg((bfqd)->queue, "bfq%s%c " fmt, pid_str,       \
1117                         bfq_bfqq_sync((bfqq)) ? 'S' : 'A',              \
1118                                 ##args);        \
1119 } while (0)
1120 #define bfq_log_bfqg(bfqd, bfqg, fmt, args...)          do {} while (0)
1121
1122 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1123
1124 #define bfq_log(bfqd, fmt, args...) \
1125         blk_add_trace_msg((bfqd)->queue, "bfq " fmt, ##args)
1126
1127 #endif /* _BFQ_H */