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
  12 #include "blk-cgroup-rwstat.h"
  13
  14 #define BFQ_IOPRIO_CLASSES      3
  15 #define BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT     (HZ/5)
  16
  17 #define BFQ_MIN_WEIGHT                  1
  18 #define BFQ_MAX_WEIGHT                  1000
  19 #define BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF     10
  20
  21 #define BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO        4
  22
  23 #define BFQ_WEIGHT_LEGACY_DFL   100
  24 #define BFQ_DEFAULT_GRP_IOPRIO  0
  25 #define BFQ_DEFAULT_GRP_CLASS   IOPRIO_CLASS_BE
  26
  27 #define MAX_BFQQ_NAME_LENGTH 16
  28
  29 /*
  30  * Soft real-time applications are extremely more latency sensitive
  31  * than interactive ones. Over-raise the weight of the former to
  32  * privilege them against the latter.
  33  */
  34 #define BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR        100
  35
  36 struct bfq_entity;
  37
  38 /**
  39  * struct bfq_service_tree - per ioprio_class service tree.
  40  *
  41  * Each service tree represents a B-WF2Q+ scheduler on its own.  Each
  42  * ioprio_class has its own independent scheduler, and so its own
  43  * bfq_service_tree.  All the fields are protected by the queue lock
  44  * of the containing bfqd.
  45  */
  46 struct bfq_service_tree {
  47         /* tree for active entities (i.e., those backlogged) */
  48         struct rb_root active;
  49         /* tree for idle entities (i.e., not backlogged, with V < F_i)*/
  50         struct rb_root idle;
  51
  52         /* idle entity with minimum F_i */
  53         struct bfq_entity *first_idle;
  54         /* idle entity with maximum F_i */
  55         struct bfq_entity *last_idle;
  56
  57         /* scheduler virtual time */
  58         u64 vtime;
  59         /* scheduler weight sum; active and idle entities contribute to it */
  60         unsigned long wsum;
  61 };
  62
  63 /**
  64  * struct bfq_sched_data - multi-class scheduler.
  65  *
  66  * bfq_sched_data is the basic scheduler queue.  It supports three
  67  * ioprio_classes, and can be used either as a toplevel queue or as an
  68  * intermediate queue in a hierarchical setup.
  69  *
  70  * The supported ioprio_classes are the same as in CFQ, in descending
  71  * priority order, IOPRIO_CLASS_RT, IOPRIO_CLASS_BE, IOPRIO_CLASS_IDLE.
  72  * Requests from higher priority queues are served before all the
  73  * requests from lower priority queues; among requests of the same
  74  * queue requests are served according to B-WF2Q+.
  75  *
  76  * The schedule is implemented by the service trees, plus the field
  77  * @next_in_service, which points to the entity on the active trees
  78  * that will be served next, if 1) no changes in the schedule occurs
  79  * before the current in-service entity is expired, 2) the in-service
  80  * queue becomes idle when it expires, and 3) if the entity pointed by
  81  * in_service_entity is not a queue, then the in-service child entity
  82  * of the entity pointed by in_service_entity becomes idle on
  83  * expiration. This peculiar definition allows for the following
  84  * optimization, not yet exploited: while a given entity is still in
  85  * service, we already know which is the best candidate for next
  86  * service among the other active entities in the same parent
  87  * entity. We can then quickly compare the timestamps of the
  88  * in-service entity with those of such best candidate.
  89  *
  90  * All fields are protected by the lock of the containing bfqd.
  91  */
  92 struct bfq_sched_data {
  93         /* entity in service */
  94         struct bfq_entity *in_service_entity;
  95         /* head-of-line entity (see comments above) */
  96         struct bfq_entity *next_in_service;
  97         /* array of service trees, one per ioprio_class */
  98         struct bfq_service_tree service_tree[BFQ_IOPRIO_CLASSES];
  99         /* last time CLASS_IDLE was served */
 100         unsigned long bfq_class_idle_last_service;
 101
 102 };
 103
 104 /**
 105  * struct bfq_weight_counter - counter of the number of all active queues
 106  *                             with a given weight.
 107  */
 108 struct bfq_weight_counter {
 109         unsigned int weight; /* weight of the queues this counter refers to */
 110         unsigned int num_active; /* nr of active queues with this weight */
 111         /*
 112          * Weights tree member (see bfq_data's @queue_weights_tree)
 113          */
 114         struct rb_node weights_node;
 115 };
 116
 117 /**
 118  * struct bfq_entity - schedulable entity.
 119  *
 120  * A bfq_entity is used to represent either a bfq_queue (leaf node in the
 121  * cgroup hierarchy) or a bfq_group into the upper level scheduler.  Each
 122  * entity belongs to the sched_data of the parent group in the cgroup
 123  * hierarchy.  Non-leaf entities have also their own sched_data, stored
 124  * in @my_sched_data.
 125  *
 126  * Each entity stores independently its priority values; this would
 127  * allow different weights on different devices, but this
 128  * functionality is not exported to userspace by now.  Priorities and
 129  * weights are updated lazily, first storing the new values into the
 130  * new_* fields, then setting the @prio_changed flag.  As soon as
 131  * there is a transition in the entity state that allows the priority
 132  * update to take place the effective and the requested priority
 133  * values are synchronized.
 134  *
 135  * Unless cgroups are used, the weight value is calculated from the
 136  * ioprio to export the same interface as CFQ.  When dealing with
 137  * "well-behaved" queues (i.e., queues that do not spend too much
 138  * time to consume their budget and have true sequential behavior, and
 139  * when there are no external factors breaking anticipation) the
 140  * relative weights at each level of the cgroups hierarchy should be
 141  * guaranteed.  All the fields are protected by the queue lock of the
 142  * containing bfqd.
 143  */
 144 struct bfq_entity {
 145         /* service_tree member */
 146         struct rb_node rb_node;
 147
 148         /*
 149          * Flag, true if the entity is on a tree (either the active or
 150          * the idle one of its service_tree) or is in service.
 151          */
 152         bool on_st_or_in_serv;
 153
 154         /* B-WF2Q+ start and finish timestamps [sectors/weight] */
 155         u64 start, finish;
 156
 157         /* tree the entity is enqueued into; %NULL if not on a tree */
 158         struct rb_root *tree;
 159
 160         /*
 161          * minimum start time of the (active) subtree rooted at this
 162          * entity; used for O(log N) lookups into active trees
 163          */
 164         u64 min_start;
 165
 166         /* amount of service received during the last service slot */
 167         int service;
 168
 169         /* budget, used also to calculate F_i: F_i = S_i + @budget / @weight */
 170         int budget;
 171
 172         /* Number of requests allocated in the subtree of this entity */
 173         int allocated;
 174
 175         /* device weight, if non-zero, it overrides the default weight of
 176          * bfq_group_data */
 177         int dev_weight;
 178         /* weight of the queue */
 179         int weight;
 180         /* next weight if a change is in progress */
 181         int new_weight;
 182
 183         /* original weight, used to implement weight boosting */
 184         int orig_weight;
 185
 186         /* parent entity, for hierarchical scheduling */
 187         struct bfq_entity *parent;
 188
 189         /*
 190          * For non-leaf nodes in the hierarchy, the associated
 191          * scheduler queue, %NULL on leaf nodes.
 192          */
 193         struct bfq_sched_data *my_sched_data;
 194         /* the scheduler queue this entity belongs to */
 195         struct bfq_sched_data *sched_data;
 196
 197         /* flag, set to request a weight, ioprio or ioprio_class change  */
 198         int prio_changed;
 199
 200         /* flag, set if the entity is counted in groups_with_pending_reqs */
 201         bool in_groups_with_pending_reqs;
 202
 203         /* last child queue of entity created (for non-leaf entities) */
 204         struct bfq_queue *last_bfqq_created;
 205 };
 206
 207 struct bfq_group;
 208
 209 /**
 210  * struct bfq_ttime - per process thinktime stats.
 211  */
 212 struct bfq_ttime {
 213         /* completion time of the last request */
 214         u64 last_end_request;
 215
 216         /* total process thinktime */
 217         u64 ttime_total;
 218         /* number of thinktime samples */
 219         unsigned long ttime_samples;
 220         /* average process thinktime */
 221         u64 ttime_mean;
 222 };
 223
 224 /**
 225  * struct bfq_queue - leaf schedulable entity.
 226  *
 227  * A bfq_queue is a leaf request queue; it can be associated with an
 228  * io_context or more, if it  is  async or shared  between  cooperating
 229  * processes. @cgroup holds a reference to the cgroup, to be sure that it
 230  * does not disappear while a bfqq still references it (mostly to avoid
 231  * races between request issuing and task migration followed by cgroup
 232  * destruction).
 233  * All the fields are protected by the queue lock of the containing bfqd.
 234  */
 235 struct bfq_queue {
 236         /* reference counter */
 237         int ref;
 238         /* counter of references from other queues for delayed stable merge */
 239         int stable_ref;
 240         /* parent bfq_data */
 241         struct bfq_data *bfqd;
 242
 243         /* current ioprio and ioprio class */
 244         unsigned short ioprio, ioprio_class;
 245         /* next ioprio and ioprio class if a change is in progress */
 246         unsigned short new_ioprio, new_ioprio_class;
 247
 248         /* last total-service-time sample, see bfq_update_inject_limit() */
 249         u64 last_serv_time_ns;
 250         /* limit for request injection */
 251         unsigned int inject_limit;
 252         /* last time the inject limit has been decreased, in jiffies */
 253         unsigned long decrease_time_jif;
 254
 255         /*
 256          * Shared bfq_queue if queue is cooperating with one or more
 257          * other queues.
 258          */
 259         struct bfq_queue *new_bfqq;
 260         /* request-position tree member (see bfq_group's @rq_pos_tree) */
 261         struct rb_node pos_node;
 262         /* request-position tree root (see bfq_group's @rq_pos_tree) */
 263         struct rb_root *pos_root;
 264
 265         /* sorted list of pending requests */
 266         struct rb_root sort_list;
 267         /* if fifo isn't expired, next request to serve */
 268         struct request *next_rq;
 269         /* number of sync and async requests queued */
 270         int queued[2];
 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         unsigned long creation_time; /* when this queue is created */
 373
 374         /*
 375          * Pointer to the waker queue for this queue, i.e., to the
 376          * queue Q such that this queue happens to get new I/O right
 377          * after some I/O request of Q is completed. For details, see
 378          * the comments on the choice of the queue for injection in
 379          * bfq_select_queue().
 380          */
 381         struct bfq_queue *waker_bfqq;
 382         /* pointer to the curr. tentative waker queue, see bfq_check_waker() */
 383         struct bfq_queue *tentative_waker_bfqq;
 384         /* number of times the same tentative waker has been detected */
 385         unsigned int num_waker_detections;
 386         /* time when we started considering this waker */
 387         u64 waker_detection_started;
 388
 389         /* node for woken_list, see below */
 390         struct hlist_node woken_list_node;
 391         /*
 392          * Head of the list of the woken queues for this queue, i.e.,
 393          * of the list of the queues for which this queue is a waker
 394          * queue. This list is used to reset the waker_bfqq pointer in
 395          * the woken queues when this queue exits.
 396          */
 397         struct hlist_head woken_list;
 398 };
 399
 400 /**
 401  * struct bfq_io_cq - per (request_queue, io_context) structure.
 402  */
 403 struct bfq_io_cq {
 404         /* associated io_cq structure */
 405         struct io_cq icq; /* must be the first member */
 406         /* array of two process queues, the sync and the async */
 407         struct bfq_queue *bfqq[2];
 408         /* per (request_queue, blkcg) ioprio */
 409         int ioprio;
 410 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
 411         uint64_t blkcg_serial_nr; /* the current blkcg serial */
 412 #endif
 413         /*
 414          * Snapshot of the has_short_time flag before merging; taken
 415          * to remember its value while the queue is merged, so as to
 416          * be able to restore it in case of split.
 417          */
 418         bool saved_has_short_ttime;
 419         /*
 420          * Same purpose as the previous two fields for the I/O bound
 421          * classification of a queue.
 422          */
 423         bool saved_IO_bound;
 424
 425         u64 saved_io_start_time;
 426         u64 saved_tot_idle_time;
 427
 428         /*
 429          * Same purpose as the previous fields for the value of the
 430          * field keeping the queue's belonging to a large burst
 431          */
 432         bool saved_in_large_burst;
 433         /*
 434          * True if the queue belonged to a burst list before its merge
 435          * with another cooperating queue.
 436          */
 437         bool was_in_burst_list;
 438
 439         /*
 440          * Save the weight when a merge occurs, to be able
 441          * to restore it in case of split. If the weight is not
 442          * correctly resumed when the queue is recycled,
 443          * then the weight of the recycled queue could differ
 444          * from the weight of the original queue.
 445          */
 446         unsigned int saved_weight;
 447
 448         /*
 449          * Similar to previous fields: save wr information.
 450          */
 451         unsigned long saved_wr_coeff;
 452         unsigned long saved_last_wr_start_finish;
 453         unsigned long saved_service_from_wr;
 454         unsigned long saved_wr_start_at_switch_to_srt;
 455         unsigned int saved_wr_cur_max_time;
 456         struct bfq_ttime saved_ttime;
 457
 458         /* Save also injection state */
 459         u64 saved_last_serv_time_ns;
 460         unsigned int saved_inject_limit;
 461         unsigned long saved_decrease_time_jif;
 462
 463         /* candidate queue for a stable merge (due to close creation time) */
 464         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq;
 465
 466         bool stably_merged;     /* non splittable if true */
 467         unsigned int requests;  /* Number of requests this process has in flight */
 468 };
 469
 470 /**
 471  * struct bfq_data - per-device data structure.
 472  *
 473  * All the fields are protected by @lock.
 474  */
 475 struct bfq_data {
 476         /* device request queue */
 477         struct request_queue *queue;
 478         /* dispatch queue */
 479         struct list_head dispatch;
 480
 481         /* root bfq_group for the device */
 482         struct bfq_group *root_group;
 483
 484         /*
 485          * rbtree of weight counters of @bfq_queues, sorted by
 486          * weight. Used to keep track of whether all @bfq_queues have
 487          * the same weight. The tree contains one counter for each
 488          * distinct weight associated to some active and not
 489          * weight-raised @bfq_queue (see the comments to the functions
 490          * bfq_weights_tree_[add|remove] for further details).
 491          */
 492         struct rb_root_cached queue_weights_tree;
 493
 494         /*
 495          * Number of groups with at least one process that
 496          * has at least one request waiting for completion. Note that
 497          * this accounts for also requests already dispatched, but not
 498          * yet completed. Therefore this number of groups may differ
 499          * (be larger) than the number of active groups, as a group is
 500          * considered active only if its corresponding entity has
 501          * queues with at least one request queued. This
 502          * number is used to decide whether a scenario is symmetric.
 503          * For a detailed explanation see comments on the computation
 504          * of the variable asymmetric_scenario in the function
 505          * bfq_better_to_idle().
 506          *
 507          * However, it is hard to compute this number exactly, for
 508          * groups with multiple processes. Consider a group
 509          * that is inactive, i.e., that has no process with
 510          * pending I/O inside BFQ queues. Then suppose that
 511          * num_groups_with_pending_reqs is still accounting for this
 512          * group, because the group has processes with some
 513          * I/O request still in flight. num_groups_with_pending_reqs
 514          * should be decremented when the in-flight request of the
 515          * last process is finally completed (assuming that
 516          * nothing else has changed for the group in the meantime, in
 517          * terms of composition of the group and active/inactive state of child
 518          * groups and processes). To accomplish this, an additional
 519          * pending-request counter must be added to entities, and must
 520          * be updated correctly. To avoid this additional field and operations,
 521          * we resort to the following tradeoff between simplicity and
 522          * accuracy: for an inactive group that is still counted in
 523          * num_groups_with_pending_reqs, we decrement
 524          * num_groups_with_pending_reqs when the first
 525          * process of the group remains with no request waiting for
 526          * completion.
 527          *
 528          * Even this simpler decrement strategy requires a little
 529          * carefulness: to avoid multiple decrements, we flag a group,
 530          * more precisely an entity representing a group, as still
 531          * counted in num_groups_with_pending_reqs when it becomes
 532          * inactive. Then, when the first queue of the
 533          * entity remains with no request waiting for completion,
 534          * num_groups_with_pending_reqs is decremented, and this flag
 535          * is reset. After this flag is reset for the entity,
 536          * num_groups_with_pending_reqs won't be decremented any
 537          * longer in case a new queue of the entity remains
 538          * with no request waiting for completion.
 539          */
 540         unsigned int num_groups_with_pending_reqs;
 541
 542         /*
 543          * Per-class (RT, BE, IDLE) number of bfq_queues containing
 544          * requests (including the queue in service, even if it is
 545          * idling).
 546          */
 547         unsigned int busy_queues[3];
 548         /* number of weight-raised busy @bfq_queues */
 549         int wr_busy_queues;
 550         /* number of queued requests */
 551         int queued;
 552         /* number of requests dispatched and waiting for completion */
 553         int rq_in_driver;
 554
 555         /* true if the device is non rotational and performs queueing */
 556         bool nonrot_with_queueing;
 557
 558         /*
 559          * Maximum number of requests in driver in the last
 560          * @hw_tag_samples completed requests.
 561          */
 562         int max_rq_in_driver;
 563         /* number of samples used to calculate hw_tag */
 564         int hw_tag_samples;
 565         /* flag set to one if the driver is showing a queueing behavior */
 566         int hw_tag;
 567
 568         /* number of budgets assigned */
 569         int budgets_assigned;
 570
 571         /*
 572          * Timer set when idling (waiting) for the next request from
 573          * the queue in service.
 574          */
 575         struct hrtimer idle_slice_timer;
 576
 577         /* bfq_queue in service */
 578         struct bfq_queue *in_service_queue;
 579
 580         /* on-disk position of the last served request */
 581         sector_t last_position;
 582
 583         /* position of the last served request for the in-service queue */
 584         sector_t in_serv_last_pos;
 585
 586         /* time of last request completion (ns) */
 587         u64 last_completion;
 588
 589         /* bfqq owning the last completed rq */
 590         struct bfq_queue *last_completed_rq_bfqq;
 591
 592         /* last bfqq created, among those in the root group */
 593         struct bfq_queue *last_bfqq_created;
 594
 595         /* time of last transition from empty to non-empty (ns) */
 596         u64 last_empty_occupied_ns;
 597
 598         /*
 599          * Flag set to activate the sampling of the total service time
 600          * of a just-arrived first I/O request (see
 601          * bfq_update_inject_limit()). This will cause the setting of
 602          * waited_rq when the request is finally dispatched.
 603          */
 604         bool wait_dispatch;
 605         /*
 606          *  If set, then bfq_update_inject_limit() is invoked when
 607          *  waited_rq is eventually completed.
 608          */
 609         struct request *waited_rq;
 610         /*
 611          * True if some request has been injected during the last service hole.
 612          */
 613         bool rqs_injected;
 614
 615         /* time of first rq dispatch in current observation interval (ns) */
 616         u64 first_dispatch;
 617         /* time of last rq dispatch in current observation interval (ns) */
 618         u64 last_dispatch;
 619
 620         /* beginning of the last budget */
 621         ktime_t last_budget_start;
 622         /* beginning of the last idle slice */
 623         ktime_t last_idling_start;
 624         unsigned long last_idling_start_jiffies;
 625
 626         /* number of samples in current observation interval */
 627         int peak_rate_samples;
 628         /* num of samples of seq dispatches in current observation interval */
 629         u32 sequential_samples;
 630         /* total num of sectors transferred in current observation interval */
 631         u64 tot_sectors_dispatched;
 632         /* max rq size seen during current observation interval (sectors) */
 633         u32 last_rq_max_size;
 634         /* time elapsed from first dispatch in current observ. interval (us) */
 635         u64 delta_from_first;
 636         /*
 637          * Current estimate of the device peak rate, measured in
 638          * [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT]. The left-shift by
 639          * BFQ_RATE_SHIFT is performed to increase precision in
 640          * fixed-point calculations.
 641          */
 642         u32 peak_rate;
 643
 644         /* maximum budget allotted to a bfq_queue before rescheduling */
 645         int bfq_max_budget;
 646
 647         /* list of all the bfq_queues active on the device */
 648         struct list_head active_list;
 649         /* list of all the bfq_queues idle on the device */
 650         struct list_head idle_list;
 651
 652         /*
 653          * Timeout for async/sync requests; when it fires, requests
 654          * are served in fifo order.
 655          */
 656         u64 bfq_fifo_expire[2];
 657         /* weight of backward seeks wrt forward ones */
 658         unsigned int bfq_back_penalty;
 659         /* maximum allowed backward seek */
 660         unsigned int bfq_back_max;
 661         /* maximum idling time */
 662         u32 bfq_slice_idle;
 663
 664         /* user-configured max budget value (0 for auto-tuning) */
 665         int bfq_user_max_budget;
 666         /*
 667          * Timeout for bfq_queues to consume their budget; used to
 668          * prevent seeky queues from imposing long latencies to
 669          * sequential or quasi-sequential ones (this also implies that
 670          * seeky queues cannot receive guarantees in the service
 671          * domain; after a timeout they are charged for the time they
 672          * have been in service, to preserve fairness among them, but
 673          * without service-domain guarantees).
 674          */
 675         unsigned int bfq_timeout;
 676
 677         /*
 678          * Force device idling whenever needed to provide accurate
 679          * service guarantees, without caring about throughput
 680          * issues. CAVEAT: this may even increase latencies, in case
 681          * of useless idling for processes that did stop doing I/O.
 682          */
 683         bool strict_guarantees;
 684
 685         /*
 686          * Last time at which a queue entered the current burst of
 687          * queues being activated shortly after each other; for more
 688          * details about this and the following parameters related to
 689          * a burst of activations, see the comments on the function
 690          * bfq_handle_burst.
 691          */
 692         unsigned long last_ins_in_burst;
 693         /*
 694          * Reference time interval used to decide whether a queue has
 695          * been activated shortly after @last_ins_in_burst.
 696          */
 697         unsigned long bfq_burst_interval;
 698         /* number of queues in the current burst of queue activations */
 699         int burst_size;
 700
 701         /* common parent entity for the queues in the burst */
 702         struct bfq_entity *burst_parent_entity;
 703         /* Maximum burst size above which the current queue-activation
 704          * burst is deemed as 'large'.
 705          */
 706         unsigned long bfq_large_burst_thresh;
 707         /* true if a large queue-activation burst is in progress */
 708         bool large_burst;
 709         /*
 710          * Head of the burst list (as for the above fields, more
 711          * details in the comments on the function bfq_handle_burst).
 712          */
 713         struct hlist_head burst_list;
 714
 715         /* if set to true, low-latency heuristics are enabled */
 716         bool low_latency;
 717         /*
 718          * Maximum factor by which the weight of a weight-raised queue
 719          * is multiplied.
 720          */
 721         unsigned int bfq_wr_coeff;
 722         /* maximum duration of a weight-raising period (jiffies) */
 723         unsigned int bfq_wr_max_time;
 724
 725         /* Maximum weight-raising duration for soft real-time processes */
 726         unsigned int bfq_wr_rt_max_time;
 727         /*
 728          * Minimum idle period after which weight-raising may be
 729          * reactivated for a queue (in jiffies).
 730          */
 731         unsigned int bfq_wr_min_idle_time;
 732         /*
 733          * Minimum period between request arrivals after which
 734          * weight-raising may be reactivated for an already busy async
 735          * queue (in jiffies).
 736          */
 737         unsigned long bfq_wr_min_inter_arr_async;
 738
 739         /* Max service-rate for a soft real-time queue, in sectors/sec */
 740         unsigned int bfq_wr_max_softrt_rate;
 741         /*
 742          * Cached value of the product ref_rate*ref_wr_duration, used
 743          * for computing the maximum duration of weight raising
 744          * automatically.
 745          */
 746         u64 rate_dur_prod;
 747
 748         /* fallback dummy bfqq for extreme OOM conditions */
 749         struct bfq_queue oom_bfqq;
 750
 751         spinlock_t lock;
 752
 753         /*
 754          * bic associated with the task issuing current bio for
 755          * merging. This and the next field are used as a support to
 756          * be able to perform the bic lookup, needed by bio-merge
 757          * functions, before the scheduler lock is taken, and thus
 758          * avoid taking the request-queue lock while the scheduler
 759          * lock is being held.
 760          */
 761         struct bfq_io_cq *bio_bic;
 762         /* bfqq associated with the task issuing current bio for merging */
 763         struct bfq_queue *bio_bfqq;
 764
 765         /*
 766          * Depth limits used in bfq_limit_depth (see comments on the
 767          * function)
 768          */
 769         unsigned int word_depths[2][2];
 770         unsigned int full_depth_shift;
 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         /* Is bfq_group still online? */
 929         bool online;
 930
 931         struct bfq_entity entity;
 932         struct bfq_sched_data sched_data;
 933
 934         struct bfq_data *bfqd;
 935
 936         struct bfq_queue *async_bfqq[2][IOPRIO_NR_LEVELS];
 937         struct bfq_queue *async_idle_bfqq;
 938
 939         struct bfq_entity *my_entity;
 940
 941         int active_entities;
 942         int num_queues_with_pending_reqs;
 943
 944         struct rb_root rq_pos_tree;
 945
 946         struct bfqg_stats stats;
 947 };
 948
 949 #else
 950 struct bfq_group {
 951         struct bfq_entity entity;
 952         struct bfq_sched_data sched_data;
 953
 954         struct bfq_queue *async_bfqq[2][IOPRIO_NR_LEVELS];
 955         struct bfq_queue *async_idle_bfqq;
 956
 957         struct rb_root rq_pos_tree;
 958 };
 959 #endif
 960
 961 /* --------------- main algorithm interface ----------------- */
 962
 963 #define BFQ_SERVICE_TREE_INIT   ((struct bfq_service_tree)              \
 964                                 { RB_ROOT, RB_ROOT, NULL, NULL, 0, 0 })
 965
 966 extern const int bfq_timeout;
 967
 968 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync);
 969 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync);
 970 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic);
 971 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
 972 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_queue *bfqq);
 973 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_queue *bfqq);
 974 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
 975                      bool compensate, enum bfqq_expiration reason);
 976 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq);
 977 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq);
 978 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg);
 979 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
 980 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd);
 981 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg);
 982
 983 /* ------------ end of main algorithm interface -------------- */
 984
 985 /* ---------------- cgroups-support interface ---------------- */
 986
 987 void bfqg_stats_update_legacy_io(struct request_queue *q, struct request *rq);
 988 void bfqg_stats_update_io_remove(struct bfq_group *bfqg, blk_opf_t opf);
 989 void bfqg_stats_update_io_merged(struct bfq_group *bfqg, blk_opf_t opf);
 990 void bfqg_stats_update_completion(struct bfq_group *bfqg, u64 start_time_ns,
 991                                   u64 io_start_time_ns, blk_opf_t opf);
 992 void bfqg_stats_update_dequeue(struct bfq_group *bfqg);
 993 void bfqg_stats_set_start_idle_time(struct bfq_group *bfqg);
 994 void bfq_bfqq_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
 995                    struct bfq_group *bfqg);
 996
 997 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
 998 void bfqg_stats_update_io_add(struct bfq_group *bfqg, struct bfq_queue *bfqq,
 999                               blk_opf_t opf);
1000 void bfqg_stats_set_start_empty_time(struct bfq_group *bfqg);
1001 void bfqg_stats_update_idle_time(struct bfq_group *bfqg);
1002 void bfqg_stats_update_avg_queue_size(struct bfq_group *bfqg);
1003 #endif
1004
1005 void bfq_init_entity(struct bfq_entity *entity, struct bfq_group *bfqg);
1006 void bfq_bic_update_cgroup(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio);
1007 void bfq_end_wr_async(struct bfq_data *bfqd);
1008 struct bfq_group *bfq_bio_bfqg(struct bfq_data *bfqd, struct bio *bio);
1009 struct blkcg_gq *bfqg_to_blkg(struct bfq_group *bfqg);
1010 struct bfq_group *bfqq_group(struct bfq_queue *bfqq);
1011 struct bfq_group *bfq_create_group_hierarchy(struct bfq_data *bfqd, int node);
1012 void bfqg_and_blkg_put(struct bfq_group *bfqg);
1013
1014 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1015 extern struct cftype bfq_blkcg_legacy_files[];
1016 extern struct cftype bfq_blkg_files[];
1017 extern struct blkcg_policy blkcg_policy_bfq;
1018 #endif
1019
1020 /* ------------- end of cgroups-support interface ------------- */
1021
1022 /* - interface of the internal hierarchical B-WF2Q+ scheduler - */
1023
1024 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1025 /* both next loops stop at one of the child entities of the root group */
1026 #define for_each_entity(entity) \
1027         for (; entity ; entity = entity->parent)
1028
1029 /*
1030  * For each iteration, compute parent in advance, so as to be safe if
1031  * entity is deallocated during the iteration. Such a deallocation may
1032  * happen as a consequence of a bfq_put_queue that frees the bfq_queue
1033  * containing entity.
1034  */
1035 #define for_each_entity_safe(entity, parent) \
1036         for (; entity && ({ parent = entity->parent; 1; }); entity = parent)
1037
1038 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1039 /*
1040  * Next two macros are fake loops when cgroups support is not
1041  * enabled. I fact, in such a case, there is only one level to go up
1042  * (to reach the root group).
1043  */
1044 #define for_each_entity(entity) \
1045         for (; entity ; entity = NULL)
1046
1047 #define for_each_entity_safe(entity, parent) \
1048         for (parent = NULL; entity ; entity = parent)
1049 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1050
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_queue *bfqq, bool expiration);
1076 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_queue *bfqq);
1077 void bfq_add_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(struct bfq_queue *bfqq);
1078 void bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(struct bfq_queue *bfqq);
1079
1080 /* --------------- end of interface of B-WF2Q+ ---------------- */
1081
1082 /* Logging facilities. */
1083 static inline void bfq_bfqq_name(struct bfq_queue *bfqq, char *str, int len)
1084 {
1085         char type = bfq_bfqq_sync(bfqq) ? 'S' : 'A';
1086
1087         if (bfqq->pid != -1)
1088                 snprintf(str, len, "bfq%d%c", bfqq->pid, type);
1089         else
1090                 snprintf(str, len, "bfqSHARED-%c", type);
1091 }
1092
1093 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1094 struct bfq_group *bfqq_group(struct bfq_queue *bfqq);
1095
1096 #define bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, fmt, args...)  do {                    \
1097         char pid_str[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];                             \
1098         if (likely(!blk_trace_note_message_enabled((bfqd)->queue)))     \
1099                 break;                                                  \
1100         bfq_bfqq_name((bfqq), pid_str, MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);           \
1101         blk_add_cgroup_trace_msg((bfqd)->queue,                         \
1102                         &bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css,    \
1103                         "%s " fmt, pid_str, ##args);                    \
1104 } while (0)
1105
1106 #define bfq_log_bfqg(bfqd, bfqg, fmt, args...)  do {                    \
1107         blk_add_cgroup_trace_msg((bfqd)->queue,                         \
1108                 &bfqg_to_blkg(bfqg)->blkcg->css, fmt, ##args);          \
1109 } while (0)
1110
1111 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1112
1113 #define bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, fmt, args...) do {     \
1114         char pid_str[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];                             \
1115         if (likely(!blk_trace_note_message_enabled((bfqd)->queue)))     \
1116                 break;                                                  \
1117         bfq_bfqq_name((bfqq), pid_str, MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);           \
1118         blk_add_trace_msg((bfqd)->queue, "%s " fmt, pid_str, ##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 */