block/blk-merge.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Functions related to segment and merge handling
   4  */
   5 #include <linux/kernel.h>
   6 #include <linux/module.h>
   7 #include <linux/bio.h>
   8 #include <linux/blkdev.h>
   9 #include <linux/blk-integrity.h>
  10 #include <linux/scatterlist.h>
  11 #include <linux/part_stat.h>
  12 #include <linux/blk-cgroup.h>
  13
  14 #include <trace/events/block.h>
  15
  16 #include "blk.h"
  17 #include "blk-mq-sched.h"
  18 #include "blk-rq-qos.h"
  19 #include "blk-throttle.h"
  20
  21 static inline void bio_get_first_bvec(struct bio *bio, struct bio_vec *bv)
  22 {
  23         *bv = mp_bvec_iter_bvec(bio->bi_io_vec, bio->bi_iter);
  24 }
  25
  26 static inline void bio_get_last_bvec(struct bio *bio, struct bio_vec *bv)
  27 {
  28         struct bvec_iter iter = bio->bi_iter;
  29         int idx;
  30
  31         bio_get_first_bvec(bio, bv);
  32         if (bv->bv_len == bio->bi_iter.bi_size)
  33                 return;         /* this bio only has a single bvec */
  34
  35         bio_advance_iter(bio, &iter, iter.bi_size);
  36
  37         if (!iter.bi_bvec_done)
  38                 idx = iter.bi_idx - 1;
  39         else    /* in the middle of bvec */
  40                 idx = iter.bi_idx;
  41
  42         *bv = bio->bi_io_vec[idx];
  43
  44         /*
  45          * iter.bi_bvec_done records actual length of the last bvec
  46          * if this bio ends in the middle of one io vector
  47          */
  48         if (iter.bi_bvec_done)
  49                 bv->bv_len = iter.bi_bvec_done;
  50 }
  51
  52 static inline bool bio_will_gap(struct request_queue *q,
  53                 struct request *prev_rq, struct bio *prev, struct bio *next)
  54 {
  55         struct bio_vec pb, nb;
  56
  57         if (!bio_has_data(prev) || !queue_virt_boundary(q))
  58                 return false;
  59
  60         /*
  61          * Don't merge if the 1st bio starts with non-zero offset, otherwise it
  62          * is quite difficult to respect the sg gap limit.  We work hard to
  63          * merge a huge number of small single bios in case of mkfs.
  64          */
  65         if (prev_rq)
  66                 bio_get_first_bvec(prev_rq->bio, &pb);
  67         else
  68                 bio_get_first_bvec(prev, &pb);
  69         if (pb.bv_offset & queue_virt_boundary(q))
  70                 return true;
  71
  72         /*
  73          * We don't need to worry about the situation that the merged segment
  74          * ends in unaligned virt boundary:
  75          *
  76          * - if 'pb' ends aligned, the merged segment ends aligned
  77          * - if 'pb' ends unaligned, the next bio must include
  78          *   one single bvec of 'nb', otherwise the 'nb' can't
  79          *   merge with 'pb'
  80          */
  81         bio_get_last_bvec(prev, &pb);
  82         bio_get_first_bvec(next, &nb);
  83         if (biovec_phys_mergeable(q, &pb, &nb))
  84                 return false;
  85         return __bvec_gap_to_prev(&q->limits, &pb, nb.bv_offset);
  86 }
  87
  88 static inline bool req_gap_back_merge(struct request *req, struct bio *bio)
  89 {
  90         return bio_will_gap(req->q, req, req->biotail, bio);
  91 }
  92
  93 static inline bool req_gap_front_merge(struct request *req, struct bio *bio)
  94 {
  95         return bio_will_gap(req->q, NULL, bio, req->bio);
  96 }
  97
  98 /*
  99  * The max size one bio can handle is UINT_MAX becasue bvec_iter.bi_size
 100  * is defined as 'unsigned int', meantime it has to be aligned to with the
 101  * logical block size, which is the minimum accepted unit by hardware.
 102  */
 103 static unsigned int bio_allowed_max_sectors(const struct queue_limits *lim)
 104 {
 105         return round_down(UINT_MAX, lim->logical_block_size) >> SECTOR_SHIFT;
 106 }
 107
 108 static struct bio *bio_split_discard(struct bio *bio,
 109                                      const struct queue_limits *lim,
 110                                      unsigned *nsegs, struct bio_set *bs)
 111 {
 112         unsigned int max_discard_sectors, granularity;
 113         sector_t tmp;
 114         unsigned split_sectors;
 115
 116         *nsegs = 1;
 117
 118         /* Zero-sector (unknown) and one-sector granularities are the same.  */
 119         granularity = max(lim->discard_granularity >> 9, 1U);
 120
 121         max_discard_sectors =
 122                 min(lim->max_discard_sectors, bio_allowed_max_sectors(lim));
 123         max_discard_sectors -= max_discard_sectors % granularity;
 124
 125         if (unlikely(!max_discard_sectors)) {
 126                 /* XXX: warn */
 127                 return NULL;
 128         }
 129
 130         if (bio_sectors(bio) <= max_discard_sectors)
 131                 return NULL;
 132
 133         split_sectors = max_discard_sectors;
 134
 135         /*
 136          * If the next starting sector would be misaligned, stop the discard at
 137          * the previous aligned sector.
 138          */
 139         tmp = bio->bi_iter.bi_sector + split_sectors -
 140                 ((lim->discard_alignment >> 9) % granularity);
 141         tmp = sector_div(tmp, granularity);
 142
 143         if (split_sectors > tmp)
 144                 split_sectors -= tmp;
 145
 146         return bio_split(bio, split_sectors, GFP_NOIO, bs);
 147 }
 148
 149 static struct bio *bio_split_write_zeroes(struct bio *bio,
 150                                           const struct queue_limits *lim,
 151                                           unsigned *nsegs, struct bio_set *bs)
 152 {
 153         *nsegs = 0;
 154         if (!lim->max_write_zeroes_sectors)
 155                 return NULL;
 156         if (bio_sectors(bio) <= lim->max_write_zeroes_sectors)
 157                 return NULL;
 158         return bio_split(bio, lim->max_write_zeroes_sectors, GFP_NOIO, bs);
 159 }
 160
 161 /*
 162  * Return the maximum number of sectors from the start of a bio that may be
 163  * submitted as a single request to a block device. If enough sectors remain,
 164  * align the end to the physical block size. Otherwise align the end to the
 165  * logical block size. This approach minimizes the number of non-aligned
 166  * requests that are submitted to a block device if the start of a bio is not
 167  * aligned to a physical block boundary.
 168  */
 169 static inline unsigned get_max_io_size(struct bio *bio,
 170                                        const struct queue_limits *lim)
 171 {
 172         unsigned pbs = lim->physical_block_size >> SECTOR_SHIFT;
 173         unsigned lbs = lim->logical_block_size >> SECTOR_SHIFT;
 174         unsigned max_sectors = lim->max_sectors, start, end;
 175
 176         if (lim->chunk_sectors) {
 177                 max_sectors = min(max_sectors,
 178                         blk_chunk_sectors_left(bio->bi_iter.bi_sector,
 179                                                lim->chunk_sectors));
 180         }
 181
 182         start = bio->bi_iter.bi_sector & (pbs - 1);
 183         end = (start + max_sectors) & ~(pbs - 1);
 184         if (end > start)
 185                 return end - start;
 186         return max_sectors & ~(lbs - 1);
 187 }
 188
 189 /**
 190  * get_max_segment_size() - maximum number of bytes to add as a single segment
 191  * @lim: Request queue limits.
 192  * @start_page: See below.
 193  * @offset: Offset from @start_page where to add a segment.
 194  *
 195  * Returns the maximum number of bytes that can be added as a single segment.
 196  */
 197 static inline unsigned get_max_segment_size(const struct queue_limits *lim,
 198                 struct page *start_page, unsigned long offset)
 199 {
 200         unsigned long mask = lim->seg_boundary_mask;
 201
 202         offset = mask & (page_to_phys(start_page) + offset);
 203
 204         /*
 205          * Prevent an overflow if mask = ULONG_MAX and offset = 0 by adding 1
 206          * after having calculated the minimum.
 207          */
 208         return min(mask - offset, (unsigned long)lim->max_segment_size - 1) + 1;
 209 }
 210
 211 /**
 212  * bvec_split_segs - verify whether or not a bvec should be split in the middle
 213  * @lim:      [in] queue limits to split based on
 214  * @bv:       [in] bvec to examine
 215  * @nsegs:    [in,out] Number of segments in the bio being built. Incremented
 216  *            by the number of segments from @bv that may be appended to that
 217  *            bio without exceeding @max_segs
 218  * @bytes:    [in,out] Number of bytes in the bio being built. Incremented
 219  *            by the number of bytes from @bv that may be appended to that
 220  *            bio without exceeding @max_bytes
 221  * @max_segs: [in] upper bound for *@nsegs
 222  * @max_bytes: [in] upper bound for *@bytes
 223  *
 224  * When splitting a bio, it can happen that a bvec is encountered that is too
 225  * big to fit in a single segment and hence that it has to be split in the
 226  * middle. This function verifies whether or not that should happen. The value
 227  * %true is returned if and only if appending the entire @bv to a bio with
 228  * *@nsegs segments and *@sectors sectors would make that bio unacceptable for
 229  * the block driver.
 230  */
 231 static bool bvec_split_segs(const struct queue_limits *lim,
 232                 const struct bio_vec *bv, unsigned *nsegs, unsigned *bytes,
 233                 unsigned max_segs, unsigned max_bytes)
 234 {
 235         unsigned max_len = min(max_bytes, UINT_MAX) - *bytes;
 236         unsigned len = min(bv->bv_len, max_len);
 237         unsigned total_len = 0;
 238         unsigned seg_size = 0;
 239
 240         while (len && *nsegs < max_segs) {
 241                 seg_size = get_max_segment_size(lim, bv->bv_page,
 242                                                 bv->bv_offset + total_len);
 243                 seg_size = min(seg_size, len);
 244
 245                 (*nsegs)++;
 246                 total_len += seg_size;
 247                 len -= seg_size;
 248
 249                 if ((bv->bv_offset + total_len) & lim->virt_boundary_mask)
 250                         break;
 251         }
 252
 253         *bytes += total_len;
 254
 255         /* tell the caller to split the bvec if it is too big to fit */
 256         return len > 0 || bv->bv_len > max_len;
 257 }
 258
 259 /**
 260  * bio_split_rw - split a bio in two bios
 261  * @bio:  [in] bio to be split
 262  * @lim:  [in] queue limits to split based on
 263  * @segs: [out] number of segments in the bio with the first half of the sectors
 264  * @bs:   [in] bio set to allocate the clone from
 265  * @max_bytes: [in] maximum number of bytes per bio
 266  *
 267  * Clone @bio, update the bi_iter of the clone to represent the first sectors
 268  * of @bio and update @bio->bi_iter to represent the remaining sectors. The
 269  * following is guaranteed for the cloned bio:
 270  * - That it has at most @max_bytes worth of data
 271  * - That it has at most queue_max_segments(@q) segments.
 272  *
 273  * Except for discard requests the cloned bio will point at the bi_io_vec of
 274  * the original bio. It is the responsibility of the caller to ensure that the
 275  * original bio is not freed before the cloned bio. The caller is also
 276  * responsible for ensuring that @bs is only destroyed after processing of the
 277  * split bio has finished.
 278  */
 279 struct bio *bio_split_rw(struct bio *bio, const struct queue_limits *lim,
 280                 unsigned *segs, struct bio_set *bs, unsigned max_bytes)
 281 {
 282         struct bio_vec bv, bvprv, *bvprvp = NULL;
 283         struct bvec_iter iter;
 284         unsigned nsegs = 0, bytes = 0;
 285
 286         bio_for_each_bvec(bv, bio, iter) {
 287                 /*
 288                  * If the queue doesn't support SG gaps and adding this
 289                  * offset would create a gap, disallow it.
 290                  */
 291                 if (bvprvp && bvec_gap_to_prev(lim, bvprvp, bv.bv_offset))
 292                         goto split;
 293
 294                 if (nsegs < lim->max_segments &&
 295                     bytes + bv.bv_len <= max_bytes &&
 296                     bv.bv_offset + bv.bv_len <= PAGE_SIZE) {
 297                         nsegs++;
 298                         bytes += bv.bv_len;
 299                 } else {
 300                         if (bvec_split_segs(lim, &bv, &nsegs, &bytes,
 301                                         lim->max_segments, max_bytes))
 302                                 goto split;
 303                 }
 304
 305                 bvprv = bv;
 306                 bvprvp = &bvprv;
 307         }
 308
 309         *segs = nsegs;
 310         return NULL;
 311 split:
 312         /*
 313          * We can't sanely support splitting for a REQ_NOWAIT bio. End it
 314          * with EAGAIN if splitting is required and return an error pointer.
 315          */
 316         if (bio->bi_opf & REQ_NOWAIT) {
 317                 bio->bi_status = BLK_STS_AGAIN;
 318                 bio_endio(bio);
 319                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
 320         }
 321
 322         *segs = nsegs;
 323
 324         /*
 325          * Individual bvecs might not be logical block aligned. Round down the
 326          * split size so that each bio is properly block size aligned, even if
 327          * we do not use the full hardware limits.
 328          */
 329         bytes = ALIGN_DOWN(bytes, lim->logical_block_size);
 330
 331         /*
 332          * Bio splitting may cause subtle trouble such as hang when doing sync
 333          * iopoll in direct IO routine. Given performance gain of iopoll for
 334          * big IO can be trival, disable iopoll when split needed.
 335          */
 336         bio_clear_polled(bio);
 337         return bio_split(bio, bytes >> SECTOR_SHIFT, GFP_NOIO, bs);
 338 }
 339 EXPORT_SYMBOL_GPL(bio_split_rw);
 340
 341 /**
 342  * __bio_split_to_limits - split a bio to fit the queue limits
 343  * @bio:     bio to be split
 344  * @lim:     queue limits to split based on
 345  * @nr_segs: returns the number of segments in the returned bio
 346  *
 347  * Check if @bio needs splitting based on the queue limits, and if so split off
 348  * a bio fitting the limits from the beginning of @bio and return it.  @bio is
 349  * shortened to the remainder and re-submitted.
 350  *
 351  * The split bio is allocated from @q->bio_split, which is provided by the
 352  * block layer.
 353  */
 354 struct bio *__bio_split_to_limits(struct bio *bio,
 355                                   const struct queue_limits *lim,
 356                                   unsigned int *nr_segs)
 357 {
 358         struct bio_set *bs = &bio->bi_bdev->bd_disk->bio_split;
 359         struct bio *split;
 360
 361         switch (bio_op(bio)) {
 362         case REQ_OP_DISCARD:
 363         case REQ_OP_SECURE_ERASE:
 364                 split = bio_split_discard(bio, lim, nr_segs, bs);
 365                 break;
 366         case REQ_OP_WRITE_ZEROES:
 367                 split = bio_split_write_zeroes(bio, lim, nr_segs, bs);
 368                 break;
 369         default:
 370                 split = bio_split_rw(bio, lim, nr_segs, bs,
 371                                 get_max_io_size(bio, lim) << SECTOR_SHIFT);
 372                 if (IS_ERR(split))
 373                         return NULL;
 374                 break;
 375         }
 376
 377         if (split) {
 378                 /* there isn't chance to merge the split bio */
 379                 split->bi_opf |= REQ_NOMERGE;
 380
 381                 blkcg_bio_issue_init(split);
 382                 bio_chain(split, bio);
 383                 trace_block_split(split, bio->bi_iter.bi_sector);
 384                 submit_bio_noacct(bio);
 385                 return split;
 386         }
 387         return bio;
 388 }
 389
 390 /**
 391  * bio_split_to_limits - split a bio to fit the queue limits
 392  * @bio:     bio to be split
 393  *
 394  * Check if @bio needs splitting based on the queue limits of @bio->bi_bdev, and
 395  * if so split off a bio fitting the limits from the beginning of @bio and
 396  * return it.  @bio is shortened to the remainder and re-submitted.
 397  *
 398  * The split bio is allocated from @q->bio_split, which is provided by the
 399  * block layer.
 400  */
 401 struct bio *bio_split_to_limits(struct bio *bio)
 402 {
 403         const struct queue_limits *lim = &bdev_get_queue(bio->bi_bdev)->limits;
 404         unsigned int nr_segs;
 405
 406         if (bio_may_exceed_limits(bio, lim))
 407                 return __bio_split_to_limits(bio, lim, &nr_segs);
 408         return bio;
 409 }
 410 EXPORT_SYMBOL(bio_split_to_limits);
 411
 412 unsigned int blk_recalc_rq_segments(struct request *rq)
 413 {
 414         unsigned int nr_phys_segs = 0;
 415         unsigned int bytes = 0;
 416         struct req_iterator iter;
 417         struct bio_vec bv;
 418
 419         if (!rq->bio)
 420                 return 0;
 421
 422         switch (bio_op(rq->bio)) {
 423         case REQ_OP_DISCARD:
 424         case REQ_OP_SECURE_ERASE:
 425                 if (queue_max_discard_segments(rq->q) > 1) {
 426                         struct bio *bio = rq->bio;
 427
 428                         for_each_bio(bio)
 429                                 nr_phys_segs++;
 430                         return nr_phys_segs;
 431                 }
 432                 return 1;
 433         case REQ_OP_WRITE_ZEROES:
 434                 return 0;
 435         default:
 436                 break;
 437         }
 438
 439         rq_for_each_bvec(bv, rq, iter)
 440                 bvec_split_segs(&rq->q->limits, &bv, &nr_phys_segs, &bytes,
 441                                 UINT_MAX, UINT_MAX);
 442         return nr_phys_segs;
 443 }
 444
 445 static inline struct scatterlist *blk_next_sg(struct scatterlist **sg,
 446                 struct scatterlist *sglist)
 447 {
 448         if (!*sg)
 449                 return sglist;
 450
 451         /*
 452          * If the driver previously mapped a shorter list, we could see a
 453          * termination bit prematurely unless it fully inits the sg table
 454          * on each mapping. We KNOW that there must be more entries here
 455          * or the driver would be buggy, so force clear the termination bit
 456          * to avoid doing a full sg_init_table() in drivers for each command.
 457          */
 458         sg_unmark_end(*sg);
 459         return sg_next(*sg);
 460 }
 461
 462 static unsigned blk_bvec_map_sg(struct request_queue *q,
 463                 struct bio_vec *bvec, struct scatterlist *sglist,
 464                 struct scatterlist **sg)
 465 {
 466         unsigned nbytes = bvec->bv_len;
 467         unsigned nsegs = 0, total = 0;
 468
 469         while (nbytes > 0) {
 470                 unsigned offset = bvec->bv_offset + total;
 471                 unsigned len = min(get_max_segment_size(&q->limits,
 472                                    bvec->bv_page, offset), nbytes);
 473                 struct page *page = bvec->bv_page;
 474
 475                 /*
 476                  * Unfortunately a fair number of drivers barf on scatterlists
 477                  * that have an offset larger than PAGE_SIZE, despite other
 478                  * subsystems dealing with that invariant just fine.  For now
 479                  * stick to the legacy format where we never present those from
 480                  * the block layer, but the code below should be removed once
 481                  * these offenders (mostly MMC/SD drivers) are fixed.
 482                  */
 483                 page += (offset >> PAGE_SHIFT);
 484                 offset &= ~PAGE_MASK;
 485
 486                 *sg = blk_next_sg(sg, sglist);
 487                 sg_set_page(*sg, page, len, offset);
 488
 489                 total += len;
 490                 nbytes -= len;
 491                 nsegs++;
 492         }
 493
 494         return nsegs;
 495 }
 496
 497 static inline int __blk_bvec_map_sg(struct bio_vec bv,
 498                 struct scatterlist *sglist, struct scatterlist **sg)
 499 {
 500         *sg = blk_next_sg(sg, sglist);
 501         sg_set_page(*sg, bv.bv_page, bv.bv_len, bv.bv_offset);
 502         return 1;
 503 }
 504
 505 /* only try to merge bvecs into one sg if they are from two bios */
 506 static inline bool
 507 __blk_segment_map_sg_merge(struct request_queue *q, struct bio_vec *bvec,
 508                            struct bio_vec *bvprv, struct scatterlist **sg)
 509 {
 510
 511         int nbytes = bvec->bv_len;
 512
 513         if (!*sg)
 514                 return false;
 515
 516         if ((*sg)->length + nbytes > queue_max_segment_size(q))
 517                 return false;
 518
 519         if (!biovec_phys_mergeable(q, bvprv, bvec))
 520                 return false;
 521
 522         (*sg)->length += nbytes;
 523
 524         return true;
 525 }
 526
 527 static int __blk_bios_map_sg(struct request_queue *q, struct bio *bio,
 528                              struct scatterlist *sglist,
 529                              struct scatterlist **sg)
 530 {
 531         struct bio_vec bvec, bvprv = { NULL };
 532         struct bvec_iter iter;
 533         int nsegs = 0;
 534         bool new_bio = false;
 535
 536         for_each_bio(bio) {
 537                 bio_for_each_bvec(bvec, bio, iter) {
 538                         /*
 539                          * Only try to merge bvecs from two bios given we
 540                          * have done bio internal merge when adding pages
 541                          * to bio
 542                          */
 543                         if (new_bio &&
 544                             __blk_segment_map_sg_merge(q, &bvec, &bvprv, sg))
 545                                 goto next_bvec;
 546
 547                         if (bvec.bv_offset + bvec.bv_len <= PAGE_SIZE)
 548                                 nsegs += __blk_bvec_map_sg(bvec, sglist, sg);
 549                         else
 550                                 nsegs += blk_bvec_map_sg(q, &bvec, sglist, sg);
 551  next_bvec:
 552                         new_bio = false;
 553                 }
 554                 if (likely(bio->bi_iter.bi_size)) {
 555                         bvprv = bvec;
 556                         new_bio = true;
 557                 }
 558         }
 559
 560         return nsegs;
 561 }
 562
 563 /*
 564  * map a request to scatterlist, return number of sg entries setup. Caller
 565  * must make sure sg can hold rq->nr_phys_segments entries
 566  */
 567 int __blk_rq_map_sg(struct request_queue *q, struct request *rq,
 568                 struct scatterlist *sglist, struct scatterlist **last_sg)
 569 {
 570         int nsegs = 0;
 571
 572         if (rq->rq_flags & RQF_SPECIAL_PAYLOAD)
 573                 nsegs = __blk_bvec_map_sg(rq->special_vec, sglist, last_sg);
 574         else if (rq->bio)
 575                 nsegs = __blk_bios_map_sg(q, rq->bio, sglist, last_sg);
 576
 577         if (*last_sg)
 578                 sg_mark_end(*last_sg);
 579
 580         /*
 581          * Something must have been wrong if the figured number of
 582          * segment is bigger than number of req's physical segments
 583          */
 584         WARN_ON(nsegs > blk_rq_nr_phys_segments(rq));
 585
 586         return nsegs;
 587 }
 588 EXPORT_SYMBOL(__blk_rq_map_sg);
 589
 590 static inline unsigned int blk_rq_get_max_sectors(struct request *rq,
 591                                                   sector_t offset)
 592 {
 593         struct request_queue *q = rq->q;
 594         unsigned int max_sectors;
 595
 596         if (blk_rq_is_passthrough(rq))
 597                 return q->limits.max_hw_sectors;
 598
 599         max_sectors = blk_queue_get_max_sectors(q, req_op(rq));
 600         if (!q->limits.chunk_sectors ||
 601             req_op(rq) == REQ_OP_DISCARD ||
 602             req_op(rq) == REQ_OP_SECURE_ERASE)
 603                 return max_sectors;
 604         return min(max_sectors,
 605                    blk_chunk_sectors_left(offset, q->limits.chunk_sectors));
 606 }
 607
 608 static inline int ll_new_hw_segment(struct request *req, struct bio *bio,
 609                 unsigned int nr_phys_segs)
 610 {
 611         if (!blk_cgroup_mergeable(req, bio))
 612                 goto no_merge;
 613
 614         if (blk_integrity_merge_bio(req->q, req, bio) == false)
 615                 goto no_merge;
 616
 617         /* discard request merge won't add new segment */
 618         if (req_op(req) == REQ_OP_DISCARD)
 619                 return 1;
 620
 621         if (req->nr_phys_segments + nr_phys_segs > blk_rq_get_max_segments(req))
 622                 goto no_merge;
 623
 624         /*
 625          * This will form the start of a new hw segment.  Bump both
 626          * counters.
 627          */
 628         req->nr_phys_segments += nr_phys_segs;
 629         return 1;
 630
 631 no_merge:
 632         req_set_nomerge(req->q, req);
 633         return 0;
 634 }
 635
 636 int ll_back_merge_fn(struct request *req, struct bio *bio, unsigned int nr_segs)
 637 {
 638         if (req_gap_back_merge(req, bio))
 639                 return 0;
 640         if (blk_integrity_rq(req) &&
 641             integrity_req_gap_back_merge(req, bio))
 642                 return 0;
 643         if (!bio_crypt_ctx_back_mergeable(req, bio))
 644                 return 0;
 645         if (blk_rq_sectors(req) + bio_sectors(bio) >
 646             blk_rq_get_max_sectors(req, blk_rq_pos(req))) {
 647                 req_set_nomerge(req->q, req);
 648                 return 0;
 649         }
 650
 651         return ll_new_hw_segment(req, bio, nr_segs);
 652 }
 653
 654 static int ll_front_merge_fn(struct request *req, struct bio *bio,
 655                 unsigned int nr_segs)
 656 {
 657         if (req_gap_front_merge(req, bio))
 658                 return 0;
 659         if (blk_integrity_rq(req) &&
 660             integrity_req_gap_front_merge(req, bio))
 661                 return 0;
 662         if (!bio_crypt_ctx_front_mergeable(req, bio))
 663                 return 0;
 664         if (blk_rq_sectors(req) + bio_sectors(bio) >
 665             blk_rq_get_max_sectors(req, bio->bi_iter.bi_sector)) {
 666                 req_set_nomerge(req->q, req);
 667                 return 0;
 668         }
 669
 670         return ll_new_hw_segment(req, bio, nr_segs);
 671 }
 672
 673 static bool req_attempt_discard_merge(struct request_queue *q, struct request *req,
 674                 struct request *next)
 675 {
 676         unsigned short segments = blk_rq_nr_discard_segments(req);
 677
 678         if (segments >= queue_max_discard_segments(q))
 679                 goto no_merge;
 680         if (blk_rq_sectors(req) + bio_sectors(next->bio) >
 681             blk_rq_get_max_sectors(req, blk_rq_pos(req)))
 682                 goto no_merge;
 683
 684         req->nr_phys_segments = segments + blk_rq_nr_discard_segments(next);
 685         return true;
 686 no_merge:
 687         req_set_nomerge(q, req);
 688         return false;
 689 }
 690
 691 static int ll_merge_requests_fn(struct request_queue *q, struct request *req,
 692                                 struct request *next)
 693 {
 694         int total_phys_segments;
 695
 696         if (req_gap_back_merge(req, next->bio))
 697                 return 0;
 698
 699         /*
 700          * Will it become too large?
 701          */
 702         if ((blk_rq_sectors(req) + blk_rq_sectors(next)) >
 703             blk_rq_get_max_sectors(req, blk_rq_pos(req)))
 704                 return 0;
 705
 706         total_phys_segments = req->nr_phys_segments + next->nr_phys_segments;
 707         if (total_phys_segments > blk_rq_get_max_segments(req))
 708                 return 0;
 709
 710         if (!blk_cgroup_mergeable(req, next->bio))
 711                 return 0;
 712
 713         if (blk_integrity_merge_rq(q, req, next) == false)
 714                 return 0;
 715
 716         if (!bio_crypt_ctx_merge_rq(req, next))
 717                 return 0;
 718
 719         /* Merge is OK... */
 720         req->nr_phys_segments = total_phys_segments;
 721         return 1;
 722 }
 723
 724 /**
 725  * blk_rq_set_mixed_merge - mark a request as mixed merge
 726  * @rq: request to mark as mixed merge
 727  *
 728  * Description:
 729  *     @rq is about to be mixed merged.  Make sure the attributes
 730  *     which can be mixed are set in each bio and mark @rq as mixed
 731  *     merged.
 732  */
 733 void blk_rq_set_mixed_merge(struct request *rq)
 734 {
 735         blk_opf_t ff = rq->cmd_flags & REQ_FAILFAST_MASK;
 736         struct bio *bio;
 737
 738         if (rq->rq_flags & RQF_MIXED_MERGE)
 739                 return;
 740
 741         /*
 742          * @rq will no longer represent mixable attributes for all the
 743          * contained bios.  It will just track those of the first one.
 744          * Distributes the attributs to each bio.
 745          */
 746         for (bio = rq->bio; bio; bio = bio->bi_next) {
 747                 WARN_ON_ONCE((bio->bi_opf & REQ_FAILFAST_MASK) &&
 748                              (bio->bi_opf & REQ_FAILFAST_MASK) != ff);
 749                 bio->bi_opf |= ff;
 750         }
 751         rq->rq_flags |= RQF_MIXED_MERGE;
 752 }
 753
 754 static inline blk_opf_t bio_failfast(const struct bio *bio)
 755 {
 756         if (bio->bi_opf & REQ_RAHEAD)
 757                 return REQ_FAILFAST_MASK;
 758
 759         return bio->bi_opf & REQ_FAILFAST_MASK;
 760 }
 761
 762 /*
 763  * After we are marked as MIXED_MERGE, any new RA bio has to be updated
 764  * as failfast, and request's failfast has to be updated in case of
 765  * front merge.
 766  */
 767 static inline void blk_update_mixed_merge(struct request *req,
 768                 struct bio *bio, bool front_merge)
 769 {
 770         if (req->rq_flags & RQF_MIXED_MERGE) {
 771                 if (bio->bi_opf & REQ_RAHEAD)
 772                         bio->bi_opf |= REQ_FAILFAST_MASK;
 773
 774                 if (front_merge) {
 775                         req->cmd_flags &= ~REQ_FAILFAST_MASK;
 776                         req->cmd_flags |= bio->bi_opf & REQ_FAILFAST_MASK;
 777                 }
 778         }
 779 }
 780
 781 static void blk_account_io_merge_request(struct request *req)
 782 {
 783         if (blk_do_io_stat(req)) {
 784                 part_stat_lock();
 785                 part_stat_inc(req->part, merges[op_stat_group(req_op(req))]);
 786                 part_stat_unlock();
 787         }
 788 }
 789
 790 static enum elv_merge blk_try_req_merge(struct request *req,
 791                                         struct request *next)
 792 {
 793         if (blk_discard_mergable(req))
 794                 return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
 795         else if (blk_rq_pos(req) + blk_rq_sectors(req) == blk_rq_pos(next))
 796                 return ELEVATOR_BACK_MERGE;
 797
 798         return ELEVATOR_NO_MERGE;
 799 }
 800
 801 /*
 802  * For non-mq, this has to be called with the request spinlock acquired.
 803  * For mq with scheduling, the appropriate queue wide lock should be held.
 804  */
 805 static struct request *attempt_merge(struct request_queue *q,
 806                                      struct request *req, struct request *next)
 807 {
 808         if (!rq_mergeable(req) || !rq_mergeable(next))
 809                 return NULL;
 810
 811         if (req_op(req) != req_op(next))
 812                 return NULL;
 813
 814         if (rq_data_dir(req) != rq_data_dir(next))
 815                 return NULL;
 816
 817         if (req->ioprio != next->ioprio)
 818                 return NULL;
 819
 820         /*
 821          * If we are allowed to merge, then append bio list
 822          * from next to rq and release next. merge_requests_fn
 823          * will have updated segment counts, update sector
 824          * counts here. Handle DISCARDs separately, as they
 825          * have separate settings.
 826          */
 827
 828         switch (blk_try_req_merge(req, next)) {
 829         case ELEVATOR_DISCARD_MERGE:
 830                 if (!req_attempt_discard_merge(q, req, next))
 831                         return NULL;
 832                 break;
 833         case ELEVATOR_BACK_MERGE:
 834                 if (!ll_merge_requests_fn(q, req, next))
 835                         return NULL;
 836                 break;
 837         default:
 838                 return NULL;
 839         }
 840
 841         /*
 842          * If failfast settings disagree or any of the two is already
 843          * a mixed merge, mark both as mixed before proceeding.  This
 844          * makes sure that all involved bios have mixable attributes
 845          * set properly.
 846          */
 847         if (((req->rq_flags | next->rq_flags) & RQF_MIXED_MERGE) ||
 848             (req->cmd_flags & REQ_FAILFAST_MASK) !=
 849             (next->cmd_flags & REQ_FAILFAST_MASK)) {
 850                 blk_rq_set_mixed_merge(req);
 851                 blk_rq_set_mixed_merge(next);
 852         }
 853
 854         /*
 855          * At this point we have either done a back merge or front merge. We
 856          * need the smaller start_time_ns of the merged requests to be the
 857          * current request for accounting purposes.
 858          */
 859         if (next->start_time_ns < req->start_time_ns)
 860                 req->start_time_ns = next->start_time_ns;
 861
 862         req->biotail->bi_next = next->bio;
 863         req->biotail = next->biotail;
 864
 865         req->__data_len += blk_rq_bytes(next);
 866
 867         if (!blk_discard_mergable(req))
 868                 elv_merge_requests(q, req, next);
 869
 870         blk_crypto_rq_put_keyslot(next);
 871
 872         /*
 873          * 'next' is going away, so update stats accordingly
 874          */
 875         blk_account_io_merge_request(next);
 876
 877         trace_block_rq_merge(next);
 878
 879         /*
 880          * ownership of bio passed from next to req, return 'next' for
 881          * the caller to free
 882          */
 883         next->bio = NULL;
 884         return next;
 885 }
 886
 887 static struct request *attempt_back_merge(struct request_queue *q,
 888                 struct request *rq)
 889 {
 890         struct request *next = elv_latter_request(q, rq);
 891
 892         if (next)
 893                 return attempt_merge(q, rq, next);
 894
 895         return NULL;
 896 }
 897
 898 static struct request *attempt_front_merge(struct request_queue *q,
 899                 struct request *rq)
 900 {
 901         struct request *prev = elv_former_request(q, rq);
 902
 903         if (prev)
 904                 return attempt_merge(q, prev, rq);
 905
 906         return NULL;
 907 }
 908
 909 /*
 910  * Try to merge 'next' into 'rq'. Return true if the merge happened, false
 911  * otherwise. The caller is responsible for freeing 'next' if the merge
 912  * happened.
 913  */
 914 bool blk_attempt_req_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
 915                            struct request *next)
 916 {
 917         return attempt_merge(q, rq, next);
 918 }
 919
 920 bool blk_rq_merge_ok(struct request *rq, struct bio *bio)
 921 {
 922         if (!rq_mergeable(rq) || !bio_mergeable(bio))
 923                 return false;
 924
 925         if (req_op(rq) != bio_op(bio))
 926                 return false;
 927
 928         /* different data direction or already started, don't merge */
 929         if (bio_data_dir(bio) != rq_data_dir(rq))
 930                 return false;
 931
 932         /* don't merge across cgroup boundaries */
 933         if (!blk_cgroup_mergeable(rq, bio))
 934                 return false;
 935
 936         /* only merge integrity protected bio into ditto rq */
 937         if (blk_integrity_merge_bio(rq->q, rq, bio) == false)
 938                 return false;
 939
 940         /* Only merge if the crypt contexts are compatible */
 941         if (!bio_crypt_rq_ctx_compatible(rq, bio))
 942                 return false;
 943
 944         if (rq->ioprio != bio_prio(bio))
 945                 return false;
 946
 947         return true;
 948 }
 949
 950 enum elv_merge blk_try_merge(struct request *rq, struct bio *bio)
 951 {
 952         if (blk_discard_mergable(rq))
 953                 return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
 954         else if (blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq) == bio->bi_iter.bi_sector)
 955                 return ELEVATOR_BACK_MERGE;
 956         else if (blk_rq_pos(rq) - bio_sectors(bio) == bio->bi_iter.bi_sector)
 957                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
 958         return ELEVATOR_NO_MERGE;
 959 }
 960
 961 static void blk_account_io_merge_bio(struct request *req)
 962 {
 963         if (!blk_do_io_stat(req))
 964                 return;
 965
 966         part_stat_lock();
 967         part_stat_inc(req->part, merges[op_stat_group(req_op(req))]);
 968         part_stat_unlock();
 969 }
 970
 971 enum bio_merge_status {
 972         BIO_MERGE_OK,
 973         BIO_MERGE_NONE,
 974         BIO_MERGE_FAILED,
 975 };
 976
 977 static enum bio_merge_status bio_attempt_back_merge(struct request *req,
 978                 struct bio *bio, unsigned int nr_segs)
 979 {
 980         const blk_opf_t ff = bio_failfast(bio);
 981
 982         if (!ll_back_merge_fn(req, bio, nr_segs))
 983                 return BIO_MERGE_FAILED;
 984
 985         trace_block_bio_backmerge(bio);
 986         rq_qos_merge(req->q, req, bio);
 987
 988         if ((req->cmd_flags & REQ_FAILFAST_MASK) != ff)
 989                 blk_rq_set_mixed_merge(req);
 990
 991         blk_update_mixed_merge(req, bio, false);
 992
 993         req->biotail->bi_next = bio;
 994         req->biotail = bio;
 995         req->__data_len += bio->bi_iter.bi_size;
 996
 997         bio_crypt_free_ctx(bio);
 998
 999         blk_account_io_merge_bio(req);
1000         return BIO_MERGE_OK;
1001 }
1002
1003 static enum bio_merge_status bio_attempt_front_merge(struct request *req,
1004                 struct bio *bio, unsigned int nr_segs)
1005 {
1006         const blk_opf_t ff = bio_failfast(bio);
1007
1008         if (!ll_front_merge_fn(req, bio, nr_segs))
1009                 return BIO_MERGE_FAILED;
1010
1011         trace_block_bio_frontmerge(bio);
1012         rq_qos_merge(req->q, req, bio);
1013
1014         if ((req->cmd_flags & REQ_FAILFAST_MASK) != ff)
1015                 blk_rq_set_mixed_merge(req);
1016
1017         blk_update_mixed_merge(req, bio, true);
1018
1019         bio->bi_next = req->bio;
1020         req->bio = bio;
1021
1022         req->__sector = bio->bi_iter.bi_sector;
1023         req->__data_len += bio->bi_iter.bi_size;
1024
1025         bio_crypt_do_front_merge(req, bio);
1026
1027         blk_account_io_merge_bio(req);
1028         return BIO_MERGE_OK;
1029 }
1030
1031 static enum bio_merge_status bio_attempt_discard_merge(struct request_queue *q,
1032                 struct request *req, struct bio *bio)
1033 {
1034         unsigned short segments = blk_rq_nr_discard_segments(req);
1035
1036         if (segments >= queue_max_discard_segments(q))
1037                 goto no_merge;
1038         if (blk_rq_sectors(req) + bio_sectors(bio) >
1039             blk_rq_get_max_sectors(req, blk_rq_pos(req)))
1040                 goto no_merge;
1041
1042         rq_qos_merge(q, req, bio);
1043
1044         req->biotail->bi_next = bio;
1045         req->biotail = bio;
1046         req->__data_len += bio->bi_iter.bi_size;
1047         req->nr_phys_segments = segments + 1;
1048
1049         blk_account_io_merge_bio(req);
1050         return BIO_MERGE_OK;
1051 no_merge:
1052         req_set_nomerge(q, req);
1053         return BIO_MERGE_FAILED;
1054 }
1055
1056 static enum bio_merge_status blk_attempt_bio_merge(struct request_queue *q,
1057                                                    struct request *rq,
1058                                                    struct bio *bio,
1059                                                    unsigned int nr_segs,
1060                                                    bool sched_allow_merge)
1061 {
1062         if (!blk_rq_merge_ok(rq, bio))
1063                 return BIO_MERGE_NONE;
1064
1065         switch (blk_try_merge(rq, bio)) {
1066         case ELEVATOR_BACK_MERGE:
1067                 if (!sched_allow_merge || blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
1068                         return bio_attempt_back_merge(rq, bio, nr_segs);
1069                 break;
1070         case ELEVATOR_FRONT_MERGE:
1071                 if (!sched_allow_merge || blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
1072                         return bio_attempt_front_merge(rq, bio, nr_segs);
1073                 break;
1074         case ELEVATOR_DISCARD_MERGE:
1075                 return bio_attempt_discard_merge(q, rq, bio);
1076         default:
1077                 return BIO_MERGE_NONE;
1078         }
1079
1080         return BIO_MERGE_FAILED;
1081 }
1082
1083 /**
1084  * blk_attempt_plug_merge - try to merge with %current's plugged list
1085  * @q: request_queue new bio is being queued at
1086  * @bio: new bio being queued
1087  * @nr_segs: number of segments in @bio
1088  * from the passed in @q already in the plug list
1089  *
1090  * Determine whether @bio being queued on @q can be merged with the previous
1091  * request on %current's plugged list.  Returns %true if merge was successful,
1092  * otherwise %false.
1093  *
1094  * Plugging coalesces IOs from the same issuer for the same purpose without
1095  * going through @q->queue_lock.  As such it's more of an issuing mechanism
1096  * than scheduling, and the request, while may have elvpriv data, is not
1097  * added on the elevator at this point.  In addition, we don't have
1098  * reliable access to the elevator outside queue lock.  Only check basic
1099  * merging parameters without querying the elevator.
1100  *
1101  * Caller must ensure !blk_queue_nomerges(q) beforehand.
1102  */
1103 bool blk_attempt_plug_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
1104                 unsigned int nr_segs)
1105 {
1106         struct blk_plug *plug;
1107         struct request *rq;
1108
1109         plug = blk_mq_plug(bio);
1110         if (!plug || rq_list_empty(plug->mq_list))
1111                 return false;
1112
1113         rq_list_for_each(&plug->mq_list, rq) {
1114                 if (rq->q == q) {
1115                         if (blk_attempt_bio_merge(q, rq, bio, nr_segs, false) ==
1116                             BIO_MERGE_OK)
1117                                 return true;
1118                         break;
1119                 }
1120
1121                 /*
1122                  * Only keep iterating plug list for merges if we have multiple
1123                  * queues
1124                  */
1125                 if (!plug->multiple_queues)
1126                         break;
1127         }
1128         return false;
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Iterate list of requests and see if we can merge this bio with any
1133  * of them.
1134  */
1135 bool blk_bio_list_merge(struct request_queue *q, struct list_head *list,
1136                         struct bio *bio, unsigned int nr_segs)
1137 {
1138         struct request *rq;
1139         int checked = 8;
1140
1141         list_for_each_entry_reverse(rq, list, queuelist) {
1142                 if (!checked--)
1143                         break;
1144
1145                 switch (blk_attempt_bio_merge(q, rq, bio, nr_segs, true)) {
1146                 case BIO_MERGE_NONE:
1147                         continue;
1148                 case BIO_MERGE_OK:
1149                         return true;
1150                 case BIO_MERGE_FAILED:
1151                         return false;
1152                 }
1153
1154         }
1155
1156         return false;
1157 }
1158 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_bio_list_merge);
1159
1160 bool blk_mq_sched_try_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
1161                 unsigned int nr_segs, struct request **merged_request)
1162 {
1163         struct request *rq;
1164
1165         switch (elv_merge(q, &rq, bio)) {
1166         case ELEVATOR_BACK_MERGE:
1167                 if (!blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
1168                         return false;
1169                 if (bio_attempt_back_merge(rq, bio, nr_segs) != BIO_MERGE_OK)
1170                         return false;
1171                 *merged_request = attempt_back_merge(q, rq);
1172                 if (!*merged_request)
1173                         elv_merged_request(q, rq, ELEVATOR_BACK_MERGE);
1174                 return true;
1175         case ELEVATOR_FRONT_MERGE:
1176                 if (!blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
1177                         return false;
1178                 if (bio_attempt_front_merge(rq, bio, nr_segs) != BIO_MERGE_OK)
1179                         return false;
1180                 *merged_request = attempt_front_merge(q, rq);
1181                 if (!*merged_request)
1182                         elv_merged_request(q, rq, ELEVATOR_FRONT_MERGE);
1183                 return true;
1184         case ELEVATOR_DISCARD_MERGE:
1185                 return bio_attempt_discard_merge(q, rq, bio) == BIO_MERGE_OK;
1186         default:
1187                 return false;
1188         }
1189 }
1190 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_sched_try_merge);