Merge tag 'arm64-fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/arm64/linux
[platform/kernel/linux-rpi.git] / block / bfq-wf2q.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Hierarchical Budget Worst-case Fair Weighted Fair Queueing
4  * (B-WF2Q+): hierarchical scheduling algorithm by which the BFQ I/O
5  * scheduler schedules generic entities. The latter can represent
6  * either single bfq queues (associated with processes) or groups of
7  * bfq queues (associated with cgroups).
8  */
9 #include "bfq-iosched.h"
10
11 /**
12  * bfq_gt - compare two timestamps.
13  * @a: first ts.
14  * @b: second ts.
15  *
16  * Return @a > @b, dealing with wrapping correctly.
17  */
18 static int bfq_gt(u64 a, u64 b)
19 {
20         return (s64)(a - b) > 0;
21 }
22
23 static struct bfq_entity *bfq_root_active_entity(struct rb_root *tree)
24 {
25         struct rb_node *node = tree->rb_node;
26
27         return rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
28 }
29
30 static unsigned int bfq_class_idx(struct bfq_entity *entity)
31 {
32         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
33
34         return bfqq ? bfqq->ioprio_class - 1 :
35                 BFQ_DEFAULT_GRP_CLASS - 1;
36 }
37
38 unsigned int bfq_tot_busy_queues(struct bfq_data *bfqd)
39 {
40         return bfqd->busy_queues[0] + bfqd->busy_queues[1] +
41                 bfqd->busy_queues[2];
42 }
43
44 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
45                                                  bool expiration);
46
47 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service);
48
49 /**
50  * bfq_update_next_in_service - update sd->next_in_service
51  * @sd: sched_data for which to perform the update.
52  * @new_entity: if not NULL, pointer to the entity whose activation,
53  *              requeueing or repositioning triggered the invocation of
54  *              this function.
55  * @expiration: id true, this function is being invoked after the
56  *             expiration of the in-service entity
57  *
58  * This function is called to update sd->next_in_service, which, in
59  * its turn, may change as a consequence of the insertion or
60  * extraction of an entity into/from one of the active trees of
61  * sd. These insertions/extractions occur as a consequence of
62  * activations/deactivations of entities, with some activations being
63  * 'true' activations, and other activations being requeueings (i.e.,
64  * implementing the second, requeueing phase of the mechanism used to
65  * reposition an entity in its active tree; see comments on
66  * __bfq_activate_entity and __bfq_requeue_entity for details). In
67  * both the last two activation sub-cases, new_entity points to the
68  * just activated or requeued entity.
69  *
70  * Returns true if sd->next_in_service changes in such a way that
71  * entity->parent may become the next_in_service for its parent
72  * entity.
73  */
74 static bool bfq_update_next_in_service(struct bfq_sched_data *sd,
75                                        struct bfq_entity *new_entity,
76                                        bool expiration)
77 {
78         struct bfq_entity *next_in_service = sd->next_in_service;
79         bool parent_sched_may_change = false;
80         bool change_without_lookup = false;
81
82         /*
83          * If this update is triggered by the activation, requeueing
84          * or repositioning of an entity that does not coincide with
85          * sd->next_in_service, then a full lookup in the active tree
86          * can be avoided. In fact, it is enough to check whether the
87          * just-modified entity has the same priority as
88          * sd->next_in_service, is eligible and has a lower virtual
89          * finish time than sd->next_in_service. If this compound
90          * condition holds, then the new entity becomes the new
91          * next_in_service. Otherwise no change is needed.
92          */
93         if (new_entity && new_entity != sd->next_in_service) {
94                 /*
95                  * Flag used to decide whether to replace
96                  * sd->next_in_service with new_entity. Tentatively
97                  * set to true, and left as true if
98                  * sd->next_in_service is NULL.
99                  */
100                 change_without_lookup = true;
101
102                 /*
103                  * If there is already a next_in_service candidate
104                  * entity, then compare timestamps to decide whether
105                  * to replace sd->service_tree with new_entity.
106                  */
107                 if (next_in_service) {
108                         unsigned int new_entity_class_idx =
109                                 bfq_class_idx(new_entity);
110                         struct bfq_service_tree *st =
111                                 sd->service_tree + new_entity_class_idx;
112
113                         change_without_lookup =
114                                 (new_entity_class_idx ==
115                                  bfq_class_idx(next_in_service)
116                                  &&
117                                  !bfq_gt(new_entity->start, st->vtime)
118                                  &&
119                                  bfq_gt(next_in_service->finish,
120                                         new_entity->finish));
121                 }
122
123                 if (change_without_lookup)
124                         next_in_service = new_entity;
125         }
126
127         if (!change_without_lookup) /* lookup needed */
128                 next_in_service = bfq_lookup_next_entity(sd, expiration);
129
130         if (next_in_service) {
131                 bool new_budget_triggers_change =
132                         bfq_update_parent_budget(next_in_service);
133
134                 parent_sched_may_change = !sd->next_in_service ||
135                         new_budget_triggers_change;
136         }
137
138         sd->next_in_service = next_in_service;
139
140         if (!next_in_service)
141                 return parent_sched_may_change;
142
143         return parent_sched_may_change;
144 }
145
146 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
147
148 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq)
149 {
150         struct bfq_entity *group_entity = bfqq->entity.parent;
151
152         if (!group_entity)
153                 group_entity = &bfqq->bfqd->root_group->entity;
154
155         return container_of(group_entity, struct bfq_group, entity);
156 }
157
158 /*
159  * Returns true if this budget changes may let next_in_service->parent
160  * become the next_in_service entity for its parent entity.
161  */
162 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
163 {
164         struct bfq_entity *bfqg_entity;
165         struct bfq_group *bfqg;
166         struct bfq_sched_data *group_sd;
167         bool ret = false;
168
169         group_sd = next_in_service->sched_data;
170
171         bfqg = container_of(group_sd, struct bfq_group, sched_data);
172         /*
173          * bfq_group's my_entity field is not NULL only if the group
174          * is not the root group. We must not touch the root entity
175          * as it must never become an in-service entity.
176          */
177         bfqg_entity = bfqg->my_entity;
178         if (bfqg_entity) {
179                 if (bfqg_entity->budget > next_in_service->budget)
180                         ret = true;
181                 bfqg_entity->budget = next_in_service->budget;
182         }
183
184         return ret;
185 }
186
187 /*
188  * This function tells whether entity stops being a candidate for next
189  * service, according to the restrictive definition of the field
190  * next_in_service. In particular, this function is invoked for an
191  * entity that is about to be set in service.
192  *
193  * If entity is a queue, then the entity is no longer a candidate for
194  * next service according to the that definition, because entity is
195  * about to become the in-service queue. This function then returns
196  * true if entity is a queue.
197  *
198  * In contrast, entity could still be a candidate for next service if
199  * it is not a queue, and has more than one active child. In fact,
200  * even if one of its children is about to be set in service, other
201  * active children may still be the next to serve, for the parent
202  * entity, even according to the above definition. As a consequence, a
203  * non-queue entity is not a candidate for next-service only if it has
204  * only one active child. And only if this condition holds, then this
205  * function returns true for a non-queue entity.
206  */
207 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
208 {
209         struct bfq_group *bfqg;
210
211         if (bfq_entity_to_bfqq(entity))
212                 return true;
213
214         bfqg = container_of(entity, struct bfq_group, entity);
215
216         /*
217          * The field active_entities does not always contain the
218          * actual number of active children entities: it happens to
219          * not account for the in-service entity in case the latter is
220          * removed from its active tree (which may get done after
221          * invoking the function bfq_no_longer_next_in_service in
222          * bfq_get_next_queue). Fortunately, here, i.e., while
223          * bfq_no_longer_next_in_service is not yet completed in
224          * bfq_get_next_queue, bfq_active_extract has not yet been
225          * invoked, and thus active_entities still coincides with the
226          * actual number of active entities.
227          */
228         if (bfqg->active_entities == 1)
229                 return true;
230
231         return false;
232 }
233
234 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
235
236 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq)
237 {
238         return bfqq->bfqd->root_group;
239 }
240
241 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
242 {
243         return false;
244 }
245
246 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
247 {
248         return true;
249 }
250
251 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
252
253 /*
254  * Shift for timestamp calculations.  This actually limits the maximum
255  * service allowed in one timestamp delta (small shift values increase it),
256  * the maximum total weight that can be used for the queues in the system
257  * (big shift values increase it), and the period of virtual time
258  * wraparounds.
259  */
260 #define WFQ_SERVICE_SHIFT       22
261
262 struct bfq_queue *bfq_entity_to_bfqq(struct bfq_entity *entity)
263 {
264         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
265
266         if (!entity->my_sched_data)
267                 bfqq = container_of(entity, struct bfq_queue, entity);
268
269         return bfqq;
270 }
271
272
273 /**
274  * bfq_delta - map service into the virtual time domain.
275  * @service: amount of service.
276  * @weight: scale factor (weight of an entity or weight sum).
277  */
278 static u64 bfq_delta(unsigned long service, unsigned long weight)
279 {
280         return div64_ul((u64)service << WFQ_SERVICE_SHIFT, weight);
281 }
282
283 /**
284  * bfq_calc_finish - assign the finish time to an entity.
285  * @entity: the entity to act upon.
286  * @service: the service to be charged to the entity.
287  */
288 static void bfq_calc_finish(struct bfq_entity *entity, unsigned long service)
289 {
290         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
291
292         entity->finish = entity->start +
293                 bfq_delta(service, entity->weight);
294
295         if (bfqq) {
296                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
297                         "calc_finish: serv %lu, w %d",
298                         service, entity->weight);
299                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
300                         "calc_finish: start %llu, finish %llu, delta %llu",
301                         entity->start, entity->finish,
302                         bfq_delta(service, entity->weight));
303         }
304 }
305
306 /**
307  * bfq_entity_of - get an entity from a node.
308  * @node: the node field of the entity.
309  *
310  * Convert a node pointer to the relative entity.  This is used only
311  * to simplify the logic of some functions and not as the generic
312  * conversion mechanism because, e.g., in the tree walking functions,
313  * the check for a %NULL value would be redundant.
314  */
315 struct bfq_entity *bfq_entity_of(struct rb_node *node)
316 {
317         struct bfq_entity *entity = NULL;
318
319         if (node)
320                 entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
321
322         return entity;
323 }
324
325 /**
326  * bfq_extract - remove an entity from a tree.
327  * @root: the tree root.
328  * @entity: the entity to remove.
329  */
330 static void bfq_extract(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
331 {
332         entity->tree = NULL;
333         rb_erase(&entity->rb_node, root);
334 }
335
336 /**
337  * bfq_idle_extract - extract an entity from the idle tree.
338  * @st: the service tree of the owning @entity.
339  * @entity: the entity being removed.
340  */
341 static void bfq_idle_extract(struct bfq_service_tree *st,
342                              struct bfq_entity *entity)
343 {
344         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
345         struct rb_node *next;
346
347         if (entity == st->first_idle) {
348                 next = rb_next(&entity->rb_node);
349                 st->first_idle = bfq_entity_of(next);
350         }
351
352         if (entity == st->last_idle) {
353                 next = rb_prev(&entity->rb_node);
354                 st->last_idle = bfq_entity_of(next);
355         }
356
357         bfq_extract(&st->idle, entity);
358
359         if (bfqq)
360                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
361 }
362
363 /**
364  * bfq_insert - generic tree insertion.
365  * @root: tree root.
366  * @entity: entity to insert.
367  *
368  * This is used for the idle and the active tree, since they are both
369  * ordered by finish time.
370  */
371 static void bfq_insert(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
372 {
373         struct bfq_entity *entry;
374         struct rb_node **node = &root->rb_node;
375         struct rb_node *parent = NULL;
376
377         while (*node) {
378                 parent = *node;
379                 entry = rb_entry(parent, struct bfq_entity, rb_node);
380
381                 if (bfq_gt(entry->finish, entity->finish))
382                         node = &parent->rb_left;
383                 else
384                         node = &parent->rb_right;
385         }
386
387         rb_link_node(&entity->rb_node, parent, node);
388         rb_insert_color(&entity->rb_node, root);
389
390         entity->tree = root;
391 }
392
393 /**
394  * bfq_update_min - update the min_start field of a entity.
395  * @entity: the entity to update.
396  * @node: one of its children.
397  *
398  * This function is called when @entity may store an invalid value for
399  * min_start due to updates to the active tree.  The function  assumes
400  * that the subtree rooted at @node (which may be its left or its right
401  * child) has a valid min_start value.
402  */
403 static void bfq_update_min(struct bfq_entity *entity, struct rb_node *node)
404 {
405         struct bfq_entity *child;
406
407         if (node) {
408                 child = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
409                 if (bfq_gt(entity->min_start, child->min_start))
410                         entity->min_start = child->min_start;
411         }
412 }
413
414 /**
415  * bfq_update_active_node - recalculate min_start.
416  * @node: the node to update.
417  *
418  * @node may have changed position or one of its children may have moved,
419  * this function updates its min_start value.  The left and right subtrees
420  * are assumed to hold a correct min_start value.
421  */
422 static void bfq_update_active_node(struct rb_node *node)
423 {
424         struct bfq_entity *entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
425
426         entity->min_start = entity->start;
427         bfq_update_min(entity, node->rb_right);
428         bfq_update_min(entity, node->rb_left);
429 }
430
431 /**
432  * bfq_update_active_tree - update min_start for the whole active tree.
433  * @node: the starting node.
434  *
435  * @node must be the deepest modified node after an update.  This function
436  * updates its min_start using the values held by its children, assuming
437  * that they did not change, and then updates all the nodes that may have
438  * changed in the path to the root.  The only nodes that may have changed
439  * are the ones in the path or their siblings.
440  */
441 static void bfq_update_active_tree(struct rb_node *node)
442 {
443         struct rb_node *parent;
444
445 up:
446         bfq_update_active_node(node);
447
448         parent = rb_parent(node);
449         if (!parent)
450                 return;
451
452         if (node == parent->rb_left && parent->rb_right)
453                 bfq_update_active_node(parent->rb_right);
454         else if (parent->rb_left)
455                 bfq_update_active_node(parent->rb_left);
456
457         node = parent;
458         goto up;
459 }
460
461 /**
462  * bfq_active_insert - insert an entity in the active tree of its
463  *                     group/device.
464  * @st: the service tree of the entity.
465  * @entity: the entity being inserted.
466  *
467  * The active tree is ordered by finish time, but an extra key is kept
468  * per each node, containing the minimum value for the start times of
469  * its children (and the node itself), so it's possible to search for
470  * the eligible node with the lowest finish time in logarithmic time.
471  */
472 static void bfq_active_insert(struct bfq_service_tree *st,
473                               struct bfq_entity *entity)
474 {
475         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
476         struct rb_node *node = &entity->rb_node;
477 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
478         struct bfq_sched_data *sd = NULL;
479         struct bfq_group *bfqg = NULL;
480         struct bfq_data *bfqd = NULL;
481 #endif
482
483         bfq_insert(&st->active, entity);
484
485         if (node->rb_left)
486                 node = node->rb_left;
487         else if (node->rb_right)
488                 node = node->rb_right;
489
490         bfq_update_active_tree(node);
491
492 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
493         sd = entity->sched_data;
494         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
495         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
496 #endif
497         if (bfqq)
498                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->active_list);
499 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
500         if (bfqg != bfqd->root_group)
501                 bfqg->active_entities++;
502 #endif
503 }
504
505 /**
506  * bfq_ioprio_to_weight - calc a weight from an ioprio.
507  * @ioprio: the ioprio value to convert.
508  */
509 unsigned short bfq_ioprio_to_weight(int ioprio)
510 {
511         return (IOPRIO_BE_NR - ioprio) * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF;
512 }
513
514 /**
515  * bfq_weight_to_ioprio - calc an ioprio from a weight.
516  * @weight: the weight value to convert.
517  *
518  * To preserve as much as possible the old only-ioprio user interface,
519  * 0 is used as an escape ioprio value for weights (numerically) equal or
520  * larger than IOPRIO_BE_NR * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF.
521  */
522 static unsigned short bfq_weight_to_ioprio(int weight)
523 {
524         return max_t(int, 0,
525                      IOPRIO_BE_NR * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF - weight);
526 }
527
528 static void bfq_get_entity(struct bfq_entity *entity)
529 {
530         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
531
532         if (bfqq) {
533                 bfqq->ref++;
534                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "get_entity: %p %d",
535                              bfqq, bfqq->ref);
536         } else
537                 bfqg_and_blkg_get(container_of(entity, struct bfq_group,
538                                                entity));
539 }
540
541 /**
542  * bfq_find_deepest - find the deepest node that an extraction can modify.
543  * @node: the node being removed.
544  *
545  * Do the first step of an extraction in an rb tree, looking for the
546  * node that will replace @node, and returning the deepest node that
547  * the following modifications to the tree can touch.  If @node is the
548  * last node in the tree return %NULL.
549  */
550 static struct rb_node *bfq_find_deepest(struct rb_node *node)
551 {
552         struct rb_node *deepest;
553
554         if (!node->rb_right && !node->rb_left)
555                 deepest = rb_parent(node);
556         else if (!node->rb_right)
557                 deepest = node->rb_left;
558         else if (!node->rb_left)
559                 deepest = node->rb_right;
560         else {
561                 deepest = rb_next(node);
562                 if (deepest->rb_right)
563                         deepest = deepest->rb_right;
564                 else if (rb_parent(deepest) != node)
565                         deepest = rb_parent(deepest);
566         }
567
568         return deepest;
569 }
570
571 /**
572  * bfq_active_extract - remove an entity from the active tree.
573  * @st: the service_tree containing the tree.
574  * @entity: the entity being removed.
575  */
576 static void bfq_active_extract(struct bfq_service_tree *st,
577                                struct bfq_entity *entity)
578 {
579         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
580         struct rb_node *node;
581 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
582         struct bfq_sched_data *sd = NULL;
583         struct bfq_group *bfqg = NULL;
584         struct bfq_data *bfqd = NULL;
585 #endif
586
587         node = bfq_find_deepest(&entity->rb_node);
588         bfq_extract(&st->active, entity);
589
590         if (node)
591                 bfq_update_active_tree(node);
592
593 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
594         sd = entity->sched_data;
595         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
596         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
597 #endif
598         if (bfqq)
599                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
600 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
601         if (bfqg != bfqd->root_group)
602                 bfqg->active_entities--;
603 #endif
604 }
605
606 /**
607  * bfq_idle_insert - insert an entity into the idle tree.
608  * @st: the service tree containing the tree.
609  * @entity: the entity to insert.
610  */
611 static void bfq_idle_insert(struct bfq_service_tree *st,
612                             struct bfq_entity *entity)
613 {
614         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
615         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
616         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
617
618         if (!first_idle || bfq_gt(first_idle->finish, entity->finish))
619                 st->first_idle = entity;
620         if (!last_idle || bfq_gt(entity->finish, last_idle->finish))
621                 st->last_idle = entity;
622
623         bfq_insert(&st->idle, entity);
624
625         if (bfqq)
626                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->idle_list);
627 }
628
629 /**
630  * bfq_forget_entity - do not consider entity any longer for scheduling
631  * @st: the service tree.
632  * @entity: the entity being removed.
633  * @is_in_service: true if entity is currently the in-service entity.
634  *
635  * Forget everything about @entity. In addition, if entity represents
636  * a queue, and the latter is not in service, then release the service
637  * reference to the queue (the one taken through bfq_get_entity). In
638  * fact, in this case, there is really no more service reference to
639  * the queue, as the latter is also outside any service tree. If,
640  * instead, the queue is in service, then __bfq_bfqd_reset_in_service
641  * will take care of putting the reference when the queue finally
642  * stops being served.
643  */
644 static void bfq_forget_entity(struct bfq_service_tree *st,
645                               struct bfq_entity *entity,
646                               bool is_in_service)
647 {
648         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
649
650         entity->on_st_or_in_serv = false;
651         st->wsum -= entity->weight;
652         if (is_in_service)
653                 return;
654
655         if (bfqq)
656                 bfq_put_queue(bfqq);
657         else
658                 bfqg_and_blkg_put(container_of(entity, struct bfq_group,
659                                                entity));
660 }
661
662 /**
663  * bfq_put_idle_entity - release the idle tree ref of an entity.
664  * @st: service tree for the entity.
665  * @entity: the entity being released.
666  */
667 void bfq_put_idle_entity(struct bfq_service_tree *st, struct bfq_entity *entity)
668 {
669         bfq_idle_extract(st, entity);
670         bfq_forget_entity(st, entity,
671                           entity == entity->sched_data->in_service_entity);
672 }
673
674 /**
675  * bfq_forget_idle - update the idle tree if necessary.
676  * @st: the service tree to act upon.
677  *
678  * To preserve the global O(log N) complexity we only remove one entry here;
679  * as the idle tree will not grow indefinitely this can be done safely.
680  */
681 static void bfq_forget_idle(struct bfq_service_tree *st)
682 {
683         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
684         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
685
686         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active) && last_idle &&
687             !bfq_gt(last_idle->finish, st->vtime)) {
688                 /*
689                  * Forget the whole idle tree, increasing the vtime past
690                  * the last finish time of idle entities.
691                  */
692                 st->vtime = last_idle->finish;
693         }
694
695         if (first_idle && !bfq_gt(first_idle->finish, st->vtime))
696                 bfq_put_idle_entity(st, first_idle);
697 }
698
699 struct bfq_service_tree *bfq_entity_service_tree(struct bfq_entity *entity)
700 {
701         struct bfq_sched_data *sched_data = entity->sched_data;
702         unsigned int idx = bfq_class_idx(entity);
703
704         return sched_data->service_tree + idx;
705 }
706
707 /*
708  * Update weight and priority of entity. If update_class_too is true,
709  * then update the ioprio_class of entity too.
710  *
711  * The reason why the update of ioprio_class is controlled through the
712  * last parameter is as follows. Changing the ioprio class of an
713  * entity implies changing the destination service trees for that
714  * entity. If such a change occurred when the entity is already on one
715  * of the service trees for its previous class, then the state of the
716  * entity would become more complex: none of the new possible service
717  * trees for the entity, according to bfq_entity_service_tree(), would
718  * match any of the possible service trees on which the entity
719  * is. Complex operations involving these trees, such as entity
720  * activations and deactivations, should take into account this
721  * additional complexity.  To avoid this issue, this function is
722  * invoked with update_class_too unset in the points in the code where
723  * entity may happen to be on some tree.
724  */
725 struct bfq_service_tree *
726 __bfq_entity_update_weight_prio(struct bfq_service_tree *old_st,
727                                 struct bfq_entity *entity,
728                                 bool update_class_too)
729 {
730         struct bfq_service_tree *new_st = old_st;
731
732         if (entity->prio_changed) {
733                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
734                 unsigned int prev_weight, new_weight;
735                 struct bfq_data *bfqd = NULL;
736                 struct rb_root_cached *root;
737 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
738                 struct bfq_sched_data *sd;
739                 struct bfq_group *bfqg;
740 #endif
741
742                 if (bfqq)
743                         bfqd = bfqq->bfqd;
744 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
745                 else {
746                         sd = entity->my_sched_data;
747                         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
748                         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
749                 }
750 #endif
751
752                 /* Matches the smp_wmb() in bfq_group_set_weight. */
753                 smp_rmb();
754                 old_st->wsum -= entity->weight;
755
756                 if (entity->new_weight != entity->orig_weight) {
757                         if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT ||
758                             entity->new_weight > BFQ_MAX_WEIGHT) {
759                                 pr_crit("update_weight_prio: new_weight %d\n",
760                                         entity->new_weight);
761                                 if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT)
762                                         entity->new_weight = BFQ_MIN_WEIGHT;
763                                 else
764                                         entity->new_weight = BFQ_MAX_WEIGHT;
765                         }
766                         entity->orig_weight = entity->new_weight;
767                         if (bfqq)
768                                 bfqq->ioprio =
769                                   bfq_weight_to_ioprio(entity->orig_weight);
770                 }
771
772                 if (bfqq && update_class_too)
773                         bfqq->ioprio_class = bfqq->new_ioprio_class;
774
775                 /*
776                  * Reset prio_changed only if the ioprio_class change
777                  * is not pending any longer.
778                  */
779                 if (!bfqq || bfqq->ioprio_class == bfqq->new_ioprio_class)
780                         entity->prio_changed = 0;
781
782                 /*
783                  * NOTE: here we may be changing the weight too early,
784                  * this will cause unfairness.  The correct approach
785                  * would have required additional complexity to defer
786                  * weight changes to the proper time instants (i.e.,
787                  * when entity->finish <= old_st->vtime).
788                  */
789                 new_st = bfq_entity_service_tree(entity);
790
791                 prev_weight = entity->weight;
792                 new_weight = entity->orig_weight *
793                              (bfqq ? bfqq->wr_coeff : 1);
794                 /*
795                  * If the weight of the entity changes, and the entity is a
796                  * queue, remove the entity from its old weight counter (if
797                  * there is a counter associated with the entity).
798                  */
799                 if (prev_weight != new_weight && bfqq) {
800                         root = &bfqd->queue_weights_tree;
801                         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq, root);
802                 }
803                 entity->weight = new_weight;
804                 /*
805                  * Add the entity, if it is not a weight-raised queue,
806                  * to the counter associated with its new weight.
807                  */
808                 if (prev_weight != new_weight && bfqq && bfqq->wr_coeff == 1) {
809                         /* If we get here, root has been initialized. */
810                         bfq_weights_tree_add(bfqd, bfqq, root);
811                 }
812
813                 new_st->wsum += entity->weight;
814
815                 if (new_st != old_st)
816                         entity->start = new_st->vtime;
817         }
818
819         return new_st;
820 }
821
822 /**
823  * bfq_bfqq_served - update the scheduler status after selection for
824  *                   service.
825  * @bfqq: the queue being served.
826  * @served: bytes to transfer.
827  *
828  * NOTE: this can be optimized, as the timestamps of upper level entities
829  * are synchronized every time a new bfqq is selected for service.  By now,
830  * we keep it to better check consistency.
831  */
832 void bfq_bfqq_served(struct bfq_queue *bfqq, int served)
833 {
834         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
835         struct bfq_service_tree *st;
836
837         if (!bfqq->service_from_backlogged)
838                 bfqq->first_IO_time = jiffies;
839
840         if (bfqq->wr_coeff > 1)
841                 bfqq->service_from_wr += served;
842
843         bfqq->service_from_backlogged += served;
844         for_each_entity(entity) {
845                 st = bfq_entity_service_tree(entity);
846
847                 entity->service += served;
848
849                 st->vtime += bfq_delta(served, st->wsum);
850                 bfq_forget_idle(st);
851         }
852         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "bfqq_served %d secs", served);
853 }
854
855 /**
856  * bfq_bfqq_charge_time - charge an amount of service equivalent to the length
857  *                        of the time interval during which bfqq has been in
858  *                        service.
859  * @bfqd: the device
860  * @bfqq: the queue that needs a service update.
861  * @time_ms: the amount of time during which the queue has received service
862  *
863  * If a queue does not consume its budget fast enough, then providing
864  * the queue with service fairness may impair throughput, more or less
865  * severely. For this reason, queues that consume their budget slowly
866  * are provided with time fairness instead of service fairness. This
867  * goal is achieved through the BFQ scheduling engine, even if such an
868  * engine works in the service, and not in the time domain. The trick
869  * is charging these queues with an inflated amount of service, equal
870  * to the amount of service that they would have received during their
871  * service slot if they had been fast, i.e., if their requests had
872  * been dispatched at a rate equal to the estimated peak rate.
873  *
874  * It is worth noting that time fairness can cause important
875  * distortions in terms of bandwidth distribution, on devices with
876  * internal queueing. The reason is that I/O requests dispatched
877  * during the service slot of a queue may be served after that service
878  * slot is finished, and may have a total processing time loosely
879  * correlated with the duration of the service slot. This is
880  * especially true for short service slots.
881  */
882 void bfq_bfqq_charge_time(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
883                           unsigned long time_ms)
884 {
885         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
886         unsigned long timeout_ms = jiffies_to_msecs(bfq_timeout);
887         unsigned long bounded_time_ms = min(time_ms, timeout_ms);
888         int serv_to_charge_for_time =
889                 (bfqd->bfq_max_budget * bounded_time_ms) / timeout_ms;
890         int tot_serv_to_charge = max(serv_to_charge_for_time, entity->service);
891
892         /* Increase budget to avoid inconsistencies */
893         if (tot_serv_to_charge > entity->budget)
894                 entity->budget = tot_serv_to_charge;
895
896         bfq_bfqq_served(bfqq,
897                         max_t(int, 0, tot_serv_to_charge - entity->service));
898 }
899
900 static void bfq_update_fin_time_enqueue(struct bfq_entity *entity,
901                                         struct bfq_service_tree *st,
902                                         bool backshifted)
903 {
904         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
905
906         /*
907          * When this function is invoked, entity is not in any service
908          * tree, then it is safe to invoke next function with the last
909          * parameter set (see the comments on the function).
910          */
911         st = __bfq_entity_update_weight_prio(st, entity, true);
912         bfq_calc_finish(entity, entity->budget);
913
914         /*
915          * If some queues enjoy backshifting for a while, then their
916          * (virtual) finish timestamps may happen to become lower and
917          * lower than the system virtual time.  In particular, if
918          * these queues often happen to be idle for short time
919          * periods, and during such time periods other queues with
920          * higher timestamps happen to be busy, then the backshifted
921          * timestamps of the former queues can become much lower than
922          * the system virtual time. In fact, to serve the queues with
923          * higher timestamps while the ones with lower timestamps are
924          * idle, the system virtual time may be pushed-up to much
925          * higher values than the finish timestamps of the idle
926          * queues. As a consequence, the finish timestamps of all new
927          * or newly activated queues may end up being much larger than
928          * those of lucky queues with backshifted timestamps. The
929          * latter queues may then monopolize the device for a lot of
930          * time. This would simply break service guarantees.
931          *
932          * To reduce this problem, push up a little bit the
933          * backshifted timestamps of the queue associated with this
934          * entity (only a queue can happen to have the backshifted
935          * flag set): just enough to let the finish timestamp of the
936          * queue be equal to the current value of the system virtual
937          * time. This may introduce a little unfairness among queues
938          * with backshifted timestamps, but it does not break
939          * worst-case fairness guarantees.
940          *
941          * As a special case, if bfqq is weight-raised, push up
942          * timestamps much less, to keep very low the probability that
943          * this push up causes the backshifted finish timestamps of
944          * weight-raised queues to become higher than the backshifted
945          * finish timestamps of non weight-raised queues.
946          */
947         if (backshifted && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
948                 unsigned long delta = st->vtime - entity->finish;
949
950                 if (bfqq)
951                         delta /= bfqq->wr_coeff;
952
953                 entity->start += delta;
954                 entity->finish += delta;
955         }
956
957         bfq_active_insert(st, entity);
958 }
959
960 /**
961  * __bfq_activate_entity - handle activation of entity.
962  * @entity: the entity being activated.
963  * @non_blocking_wait_rq: true if entity was waiting for a request
964  *
965  * Called for a 'true' activation, i.e., if entity is not active and
966  * one of its children receives a new request.
967  *
968  * Basically, this function updates the timestamps of entity and
969  * inserts entity into its active tree, after possibly extracting it
970  * from its idle tree.
971  */
972 static void __bfq_activate_entity(struct bfq_entity *entity,
973                                   bool non_blocking_wait_rq)
974 {
975         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
976         bool backshifted = false;
977         unsigned long long min_vstart;
978
979         /* See comments on bfq_fqq_update_budg_for_activation */
980         if (non_blocking_wait_rq && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
981                 backshifted = true;
982                 min_vstart = entity->finish;
983         } else
984                 min_vstart = st->vtime;
985
986         if (entity->tree == &st->idle) {
987                 /*
988                  * Must be on the idle tree, bfq_idle_extract() will
989                  * check for that.
990                  */
991                 bfq_idle_extract(st, entity);
992                 entity->start = bfq_gt(min_vstart, entity->finish) ?
993                         min_vstart : entity->finish;
994         } else {
995                 /*
996                  * The finish time of the entity may be invalid, and
997                  * it is in the past for sure, otherwise the queue
998                  * would have been on the idle tree.
999                  */
1000                 entity->start = min_vstart;
1001                 st->wsum += entity->weight;
1002                 /*
1003                  * entity is about to be inserted into a service tree,
1004                  * and then set in service: get a reference to make
1005                  * sure entity does not disappear until it is no
1006                  * longer in service or scheduled for service.
1007                  */
1008                 bfq_get_entity(entity);
1009
1010                 entity->on_st_or_in_serv = true;
1011         }
1012
1013 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1014         if (!bfq_entity_to_bfqq(entity)) { /* bfq_group */
1015                 struct bfq_group *bfqg =
1016                         container_of(entity, struct bfq_group, entity);
1017                 struct bfq_data *bfqd = bfqg->bfqd;
1018
1019                 if (!entity->in_groups_with_pending_reqs) {
1020                         entity->in_groups_with_pending_reqs = true;
1021                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs++;
1022                 }
1023         }
1024 #endif
1025
1026         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, backshifted);
1027 }
1028
1029 /**
1030  * __bfq_requeue_entity - handle requeueing or repositioning of an entity.
1031  * @entity: the entity being requeued or repositioned.
1032  *
1033  * Requeueing is needed if this entity stops being served, which
1034  * happens if a leaf descendant entity has expired. On the other hand,
1035  * repositioning is needed if the next_inservice_entity for the child
1036  * entity has changed. See the comments inside the function for
1037  * details.
1038  *
1039  * Basically, this function: 1) removes entity from its active tree if
1040  * present there, 2) updates the timestamps of entity and 3) inserts
1041  * entity back into its active tree (in the new, right position for
1042  * the new values of the timestamps).
1043  */
1044 static void __bfq_requeue_entity(struct bfq_entity *entity)
1045 {
1046         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1047         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1048
1049         if (entity == sd->in_service_entity) {
1050                 /*
1051                  * We are requeueing the current in-service entity,
1052                  * which may have to be done for one of the following
1053                  * reasons:
1054                  * - entity represents the in-service queue, and the
1055                  *   in-service queue is being requeued after an
1056                  *   expiration;
1057                  * - entity represents a group, and its budget has
1058                  *   changed because one of its child entities has
1059                  *   just been either activated or requeued for some
1060                  *   reason; the timestamps of the entity need then to
1061                  *   be updated, and the entity needs to be enqueued
1062                  *   or repositioned accordingly.
1063                  *
1064                  * In particular, before requeueing, the start time of
1065                  * the entity must be moved forward to account for the
1066                  * service that the entity has received while in
1067                  * service. This is done by the next instructions. The
1068                  * finish time will then be updated according to this
1069                  * new value of the start time, and to the budget of
1070                  * the entity.
1071                  */
1072                 bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1073                 entity->start = entity->finish;
1074                 /*
1075                  * In addition, if the entity had more than one child
1076                  * when set in service, then it was not extracted from
1077                  * the active tree. This implies that the position of
1078                  * the entity in the active tree may need to be
1079                  * changed now, because we have just updated the start
1080                  * time of the entity, and we will update its finish
1081                  * time in a moment (the requeueing is then, more
1082                  * precisely, a repositioning in this case). To
1083                  * implement this repositioning, we: 1) dequeue the
1084                  * entity here, 2) update the finish time and requeue
1085                  * the entity according to the new timestamps below.
1086                  */
1087                 if (entity->tree)
1088                         bfq_active_extract(st, entity);
1089         } else { /* The entity is already active, and not in service */
1090                 /*
1091                  * In this case, this function gets called only if the
1092                  * next_in_service entity below this entity has
1093                  * changed, and this change has caused the budget of
1094                  * this entity to change, which, finally implies that
1095                  * the finish time of this entity must be
1096                  * updated. Such an update may cause the scheduling,
1097                  * i.e., the position in the active tree, of this
1098                  * entity to change. We handle this change by: 1)
1099                  * dequeueing the entity here, 2) updating the finish
1100                  * time and requeueing the entity according to the new
1101                  * timestamps below. This is the same approach as the
1102                  * non-extracted-entity sub-case above.
1103                  */
1104                 bfq_active_extract(st, entity);
1105         }
1106
1107         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, false);
1108 }
1109
1110 static void __bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1111                                           struct bfq_sched_data *sd,
1112                                           bool non_blocking_wait_rq)
1113 {
1114         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1115
1116         if (sd->in_service_entity == entity || entity->tree == &st->active)
1117                  /*
1118                   * in service or already queued on the active tree,
1119                   * requeue or reposition
1120                   */
1121                 __bfq_requeue_entity(entity);
1122         else
1123                 /*
1124                  * Not in service and not queued on its active tree:
1125                  * the activity is idle and this is a true activation.
1126                  */
1127                 __bfq_activate_entity(entity, non_blocking_wait_rq);
1128 }
1129
1130
1131 /**
1132  * bfq_activate_requeue_entity - activate or requeue an entity representing a
1133  *                               bfq_queue, and activate, requeue or reposition
1134  *                               all ancestors for which such an update becomes
1135  *                               necessary.
1136  * @entity: the entity to activate.
1137  * @non_blocking_wait_rq: true if this entity was waiting for a request
1138  * @requeue: true if this is a requeue, which implies that bfqq is
1139  *           being expired; thus ALL its ancestors stop being served and must
1140  *           therefore be requeued
1141  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1142  *             of the in-service queue
1143  */
1144 static void bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1145                                         bool non_blocking_wait_rq,
1146                                         bool requeue, bool expiration)
1147 {
1148         struct bfq_sched_data *sd;
1149
1150         for_each_entity(entity) {
1151                 sd = entity->sched_data;
1152                 __bfq_activate_requeue_entity(entity, sd, non_blocking_wait_rq);
1153
1154                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1155                     !requeue)
1156                         break;
1157         }
1158 }
1159
1160 /**
1161  * __bfq_deactivate_entity - update sched_data and service trees for
1162  * entity, so as to represent entity as inactive
1163  * @entity: the entity being deactivated.
1164  * @ins_into_idle_tree: if false, the entity will not be put into the
1165  *                      idle tree.
1166  *
1167  * If necessary and allowed, puts entity into the idle tree. NOTE:
1168  * entity may be on no tree if in service.
1169  */
1170 bool __bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity, bool ins_into_idle_tree)
1171 {
1172         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1173         struct bfq_service_tree *st;
1174         bool is_in_service;
1175
1176         if (!entity->on_st_or_in_serv) /*
1177                                         * entity never activated, or
1178                                         * already inactive
1179                                         */
1180                 return false;
1181
1182         /*
1183          * If we get here, then entity is active, which implies that
1184          * bfq_group_set_parent has already been invoked for the group
1185          * represented by entity. Therefore, the field
1186          * entity->sched_data has been set, and we can safely use it.
1187          */
1188         st = bfq_entity_service_tree(entity);
1189         is_in_service = entity == sd->in_service_entity;
1190
1191         bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1192
1193         if (is_in_service)
1194                 sd->in_service_entity = NULL;
1195         else
1196                 /*
1197                  * Non in-service entity: nobody will take care of
1198                  * resetting its service counter on expiration. Do it
1199                  * now.
1200                  */
1201                 entity->service = 0;
1202
1203         if (entity->tree == &st->active)
1204                 bfq_active_extract(st, entity);
1205         else if (!is_in_service && entity->tree == &st->idle)
1206                 bfq_idle_extract(st, entity);
1207
1208         if (!ins_into_idle_tree || !bfq_gt(entity->finish, st->vtime))
1209                 bfq_forget_entity(st, entity, is_in_service);
1210         else
1211                 bfq_idle_insert(st, entity);
1212
1213         return true;
1214 }
1215
1216 /**
1217  * bfq_deactivate_entity - deactivate an entity representing a bfq_queue.
1218  * @entity: the entity to deactivate.
1219  * @ins_into_idle_tree: true if the entity can be put into the idle tree
1220  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1221  *             of the in-service queue
1222  */
1223 static void bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity,
1224                                   bool ins_into_idle_tree,
1225                                   bool expiration)
1226 {
1227         struct bfq_sched_data *sd;
1228         struct bfq_entity *parent = NULL;
1229
1230         for_each_entity_safe(entity, parent) {
1231                 sd = entity->sched_data;
1232
1233                 if (!__bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree)) {
1234                         /*
1235                          * entity is not in any tree any more, so
1236                          * this deactivation is a no-op, and there is
1237                          * nothing to change for upper-level entities
1238                          * (in case of expiration, this can never
1239                          * happen).
1240                          */
1241                         return;
1242                 }
1243
1244                 if (sd->next_in_service == entity)
1245                         /*
1246                          * entity was the next_in_service entity,
1247                          * then, since entity has just been
1248                          * deactivated, a new one must be found.
1249                          */
1250                         bfq_update_next_in_service(sd, NULL, expiration);
1251
1252                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
1253                         /*
1254                          * The parent entity is still active, because
1255                          * either next_in_service or in_service_entity
1256                          * is not NULL. So, no further upwards
1257                          * deactivation must be performed.  Yet,
1258                          * next_in_service has changed. Then the
1259                          * schedule does need to be updated upwards.
1260                          *
1261                          * NOTE If in_service_entity is not NULL, then
1262                          * next_in_service may happen to be NULL,
1263                          * although the parent entity is evidently
1264                          * active. This happens if 1) the entity
1265                          * pointed by in_service_entity is the only
1266                          * active entity in the parent entity, and 2)
1267                          * according to the definition of
1268                          * next_in_service, the in_service_entity
1269                          * cannot be considered as
1270                          * next_in_service. See the comments on the
1271                          * definition of next_in_service for details.
1272                          */
1273                         break;
1274                 }
1275
1276                 /*
1277                  * If we get here, then the parent is no more
1278                  * backlogged and we need to propagate the
1279                  * deactivation upwards. Thus let the loop go on.
1280                  */
1281
1282                 /*
1283                  * Also let parent be queued into the idle tree on
1284                  * deactivation, to preserve service guarantees, and
1285                  * assuming that who invoked this function does not
1286                  * need parent entities too to be removed completely.
1287                  */
1288                 ins_into_idle_tree = true;
1289         }
1290
1291         /*
1292          * If the deactivation loop is fully executed, then there are
1293          * no more entities to touch and next loop is not executed at
1294          * all. Otherwise, requeue remaining entities if they are
1295          * about to stop receiving service, or reposition them if this
1296          * is not the case.
1297          */
1298         entity = parent;
1299         for_each_entity(entity) {
1300                 /*
1301                  * Invoke __bfq_requeue_entity on entity, even if
1302                  * already active, to requeue/reposition it in the
1303                  * active tree (because sd->next_in_service has
1304                  * changed)
1305                  */
1306                 __bfq_requeue_entity(entity);
1307
1308                 sd = entity->sched_data;
1309                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1310                     !expiration)
1311                         /*
1312                          * next_in_service unchanged or not causing
1313                          * any change in entity->parent->sd, and no
1314                          * requeueing needed for expiration: stop
1315                          * here.
1316                          */
1317                         break;
1318         }
1319 }
1320
1321 /**
1322  * bfq_calc_vtime_jump - compute the value to which the vtime should jump,
1323  *                       if needed, to have at least one entity eligible.
1324  * @st: the service tree to act upon.
1325  *
1326  * Assumes that st is not empty.
1327  */
1328 static u64 bfq_calc_vtime_jump(struct bfq_service_tree *st)
1329 {
1330         struct bfq_entity *root_entity = bfq_root_active_entity(&st->active);
1331
1332         if (bfq_gt(root_entity->min_start, st->vtime))
1333                 return root_entity->min_start;
1334
1335         return st->vtime;
1336 }
1337
1338 static void bfq_update_vtime(struct bfq_service_tree *st, u64 new_value)
1339 {
1340         if (new_value > st->vtime) {
1341                 st->vtime = new_value;
1342                 bfq_forget_idle(st);
1343         }
1344 }
1345
1346 /**
1347  * bfq_first_active_entity - find the eligible entity with
1348  *                           the smallest finish time
1349  * @st: the service tree to select from.
1350  * @vtime: the system virtual to use as a reference for eligibility
1351  *
1352  * This function searches the first schedulable entity, starting from the
1353  * root of the tree and going on the left every time on this side there is
1354  * a subtree with at least one eligible (start <= vtime) entity. The path on
1355  * the right is followed only if a) the left subtree contains no eligible
1356  * entities and b) no eligible entity has been found yet.
1357  */
1358 static struct bfq_entity *bfq_first_active_entity(struct bfq_service_tree *st,
1359                                                   u64 vtime)
1360 {
1361         struct bfq_entity *entry, *first = NULL;
1362         struct rb_node *node = st->active.rb_node;
1363
1364         while (node) {
1365                 entry = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
1366 left:
1367                 if (!bfq_gt(entry->start, vtime))
1368                         first = entry;
1369
1370                 if (node->rb_left) {
1371                         entry = rb_entry(node->rb_left,
1372                                          struct bfq_entity, rb_node);
1373                         if (!bfq_gt(entry->min_start, vtime)) {
1374                                 node = node->rb_left;
1375                                 goto left;
1376                         }
1377                 }
1378                 if (first)
1379                         break;
1380                 node = node->rb_right;
1381         }
1382
1383         return first;
1384 }
1385
1386 /**
1387  * __bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @st.
1388  * @st: the service tree.
1389  *
1390  * If there is no in-service entity for the sched_data st belongs to,
1391  * then return the entity that will be set in service if:
1392  * 1) the parent entity this st belongs to is set in service;
1393  * 2) no entity belonging to such parent entity undergoes a state change
1394  * that would influence the timestamps of the entity (e.g., becomes idle,
1395  * becomes backlogged, changes its budget, ...).
1396  *
1397  * In this first case, update the virtual time in @st too (see the
1398  * comments on this update inside the function).
1399  *
1400  * In contrast, if there is an in-service entity, then return the
1401  * entity that would be set in service if not only the above
1402  * conditions, but also the next one held true: the currently
1403  * in-service entity, on expiration,
1404  * 1) gets a finish time equal to the current one, or
1405  * 2) is not eligible any more, or
1406  * 3) is idle.
1407  */
1408 static struct bfq_entity *
1409 __bfq_lookup_next_entity(struct bfq_service_tree *st, bool in_service)
1410 {
1411         struct bfq_entity *entity;
1412         u64 new_vtime;
1413
1414         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active))
1415                 return NULL;
1416
1417         /*
1418          * Get the value of the system virtual time for which at
1419          * least one entity is eligible.
1420          */
1421         new_vtime = bfq_calc_vtime_jump(st);
1422
1423         /*
1424          * If there is no in-service entity for the sched_data this
1425          * active tree belongs to, then push the system virtual time
1426          * up to the value that guarantees that at least one entity is
1427          * eligible. If, instead, there is an in-service entity, then
1428          * do not make any such update, because there is already an
1429          * eligible entity, namely the in-service one (even if the
1430          * entity is not on st, because it was extracted when set in
1431          * service).
1432          */
1433         if (!in_service)
1434                 bfq_update_vtime(st, new_vtime);
1435
1436         entity = bfq_first_active_entity(st, new_vtime);
1437
1438         return entity;
1439 }
1440
1441 /**
1442  * bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @sd.
1443  * @sd: the sched_data.
1444  * @expiration: true if we are on the expiration path of the in-service queue
1445  *
1446  * This function is invoked when there has been a change in the trees
1447  * for sd, and we need to know what is the new next entity to serve
1448  * after this change.
1449  */
1450 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
1451                                                  bool expiration)
1452 {
1453         struct bfq_service_tree *st = sd->service_tree;
1454         struct bfq_service_tree *idle_class_st = st + (BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1);
1455         struct bfq_entity *entity = NULL;
1456         int class_idx = 0;
1457
1458         /*
1459          * Choose from idle class, if needed to guarantee a minimum
1460          * bandwidth to this class (and if there is some active entity
1461          * in idle class). This should also mitigate
1462          * priority-inversion problems in case a low priority task is
1463          * holding file system resources.
1464          */
1465         if (time_is_before_jiffies(sd->bfq_class_idle_last_service +
1466                                    BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT)) {
1467                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&idle_class_st->active))
1468                         class_idx = BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1;
1469                 /* About to be served if backlogged, or not yet backlogged */
1470                 sd->bfq_class_idle_last_service = jiffies;
1471         }
1472
1473         /*
1474          * Find the next entity to serve for the highest-priority
1475          * class, unless the idle class needs to be served.
1476          */
1477         for (; class_idx < BFQ_IOPRIO_CLASSES; class_idx++) {
1478                 /*
1479                  * If expiration is true, then bfq_lookup_next_entity
1480                  * is being invoked as a part of the expiration path
1481                  * of the in-service queue. In this case, even if
1482                  * sd->in_service_entity is not NULL,
1483                  * sd->in_service_entity at this point is actually not
1484                  * in service any more, and, if needed, has already
1485                  * been properly queued or requeued into the right
1486                  * tree. The reason why sd->in_service_entity is still
1487                  * not NULL here, even if expiration is true, is that
1488                  * sd->in_service_entity is reset as a last step in the
1489                  * expiration path. So, if expiration is true, tell
1490                  * __bfq_lookup_next_entity that there is no
1491                  * sd->in_service_entity.
1492                  */
1493                 entity = __bfq_lookup_next_entity(st + class_idx,
1494                                                   sd->in_service_entity &&
1495                                                   !expiration);
1496
1497                 if (entity)
1498                         break;
1499         }
1500
1501         if (!entity)
1502                 return NULL;
1503
1504         return entity;
1505 }
1506
1507 bool next_queue_may_preempt(struct bfq_data *bfqd)
1508 {
1509         struct bfq_sched_data *sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1510
1511         return sd->next_in_service != sd->in_service_entity;
1512 }
1513
1514 /*
1515  * Get next queue for service.
1516  */
1517 struct bfq_queue *bfq_get_next_queue(struct bfq_data *bfqd)
1518 {
1519         struct bfq_entity *entity = NULL;
1520         struct bfq_sched_data *sd;
1521         struct bfq_queue *bfqq;
1522
1523         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
1524                 return NULL;
1525
1526         /*
1527          * Traverse the path from the root to the leaf entity to
1528          * serve. Set in service all the entities visited along the
1529          * way.
1530          */
1531         sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1532         for (; sd ; sd = entity->my_sched_data) {
1533                 /*
1534                  * WARNING. We are about to set the in-service entity
1535                  * to sd->next_in_service, i.e., to the (cached) value
1536                  * returned by bfq_lookup_next_entity(sd) the last
1537                  * time it was invoked, i.e., the last time when the
1538                  * service order in sd changed as a consequence of the
1539                  * activation or deactivation of an entity. In this
1540                  * respect, if we execute bfq_lookup_next_entity(sd)
1541                  * in this very moment, it may, although with low
1542                  * probability, yield a different entity than that
1543                  * pointed to by sd->next_in_service. This rare event
1544                  * happens in case there was no CLASS_IDLE entity to
1545                  * serve for sd when bfq_lookup_next_entity(sd) was
1546                  * invoked for the last time, while there is now one
1547                  * such entity.
1548                  *
1549                  * If the above event happens, then the scheduling of
1550                  * such entity in CLASS_IDLE is postponed until the
1551                  * service of the sd->next_in_service entity
1552                  * finishes. In fact, when the latter is expired,
1553                  * bfq_lookup_next_entity(sd) gets called again,
1554                  * exactly to update sd->next_in_service.
1555                  */
1556
1557                 /* Make next_in_service entity become in_service_entity */
1558                 entity = sd->next_in_service;
1559                 sd->in_service_entity = entity;
1560
1561                 /*
1562                  * If entity is no longer a candidate for next
1563                  * service, then it must be extracted from its active
1564                  * tree, so as to make sure that it won't be
1565                  * considered when computing next_in_service. See the
1566                  * comments on the function
1567                  * bfq_no_longer_next_in_service() for details.
1568                  */
1569                 if (bfq_no_longer_next_in_service(entity))
1570                         bfq_active_extract(bfq_entity_service_tree(entity),
1571                                            entity);
1572
1573                 /*
1574                  * Even if entity is not to be extracted according to
1575                  * the above check, a descendant entity may get
1576                  * extracted in one of the next iterations of this
1577                  * loop. Such an event could cause a change in
1578                  * next_in_service for the level of the descendant
1579                  * entity, and thus possibly back to this level.
1580                  *
1581                  * However, we cannot perform the resulting needed
1582                  * update of next_in_service for this level before the
1583                  * end of the whole loop, because, to know which is
1584                  * the correct next-to-serve candidate entity for each
1585                  * level, we need first to find the leaf entity to set
1586                  * in service. In fact, only after we know which is
1587                  * the next-to-serve leaf entity, we can discover
1588                  * whether the parent entity of the leaf entity
1589                  * becomes the next-to-serve, and so on.
1590                  */
1591         }
1592
1593         bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
1594
1595         /*
1596          * We can finally update all next-to-serve entities along the
1597          * path from the leaf entity just set in service to the root.
1598          */
1599         for_each_entity(entity) {
1600                 struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1601
1602                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, NULL, false))
1603                         break;
1604         }
1605
1606         return bfqq;
1607 }
1608
1609 /* returns true if the in-service queue gets freed */
1610 bool __bfq_bfqd_reset_in_service(struct bfq_data *bfqd)
1611 {
1612         struct bfq_queue *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1613         struct bfq_entity *in_serv_entity = &in_serv_bfqq->entity;
1614         struct bfq_entity *entity = in_serv_entity;
1615
1616         bfq_clear_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq);
1617         hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
1618         bfqd->in_service_queue = NULL;
1619
1620         /*
1621          * When this function is called, all in-service entities have
1622          * been properly deactivated or requeued, so we can safely
1623          * execute the final step: reset in_service_entity along the
1624          * path from entity to the root.
1625          */
1626         for_each_entity(entity)
1627                 entity->sched_data->in_service_entity = NULL;
1628
1629         /*
1630          * in_serv_entity is no longer in service, so, if it is in no
1631          * service tree either, then release the service reference to
1632          * the queue it represents (taken with bfq_get_entity).
1633          */
1634         if (!in_serv_entity->on_st_or_in_serv) {
1635                 /*
1636                  * If no process is referencing in_serv_bfqq any
1637                  * longer, then the service reference may be the only
1638                  * reference to the queue. If this is the case, then
1639                  * bfqq gets freed here.
1640                  */
1641                 int ref = in_serv_bfqq->ref;
1642                 bfq_put_queue(in_serv_bfqq);
1643                 if (ref == 1)
1644                         return true;
1645         }
1646
1647         return false;
1648 }
1649
1650 void bfq_deactivate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1651                          bool ins_into_idle_tree, bool expiration)
1652 {
1653         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1654
1655         bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree, expiration);
1656 }
1657
1658 void bfq_activate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1659 {
1660         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1661
1662         bfq_activate_requeue_entity(entity, bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq),
1663                                     false, false);
1664         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1665 }
1666
1667 void bfq_requeue_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1668                       bool expiration)
1669 {
1670         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1671
1672         bfq_activate_requeue_entity(entity, false,
1673                                     bfqq == bfqd->in_service_queue, expiration);
1674 }
1675
1676 /*
1677  * Called when the bfqq no longer has requests pending, remove it from
1678  * the service tree. As a special case, it can be invoked during an
1679  * expiration.
1680  */
1681 void bfq_del_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1682                        bool expiration)
1683 {
1684         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "del from busy");
1685
1686         bfq_clear_bfqq_busy(bfqq);
1687
1688         bfqd->busy_queues[bfqq->ioprio_class - 1]--;
1689
1690         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1691                 bfqd->wr_busy_queues--;
1692
1693         bfqg_stats_update_dequeue(bfqq_group(bfqq));
1694
1695         bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, true, expiration);
1696
1697         if (!bfqq->dispatched)
1698                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
1699 }
1700
1701 /*
1702  * Called when an inactive queue receives a new request.
1703  */
1704 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1705 {
1706         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add to busy");
1707
1708         bfq_activate_bfqq(bfqd, bfqq);
1709
1710         bfq_mark_bfqq_busy(bfqq);
1711         bfqd->busy_queues[bfqq->ioprio_class - 1]++;
1712
1713         if (!bfqq->dispatched)
1714                 if (bfqq->wr_coeff == 1)
1715                         bfq_weights_tree_add(bfqd, bfqq,
1716                                              &bfqd->queue_weights_tree);
1717
1718         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1719                 bfqd->wr_busy_queues++;
1720 }