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