staging: erofs: support special inode
[platform/kernel/linux-rpi.git] / block / blk-mq-sched.c
1 /*
2  * blk-mq scheduling framework
3  *
4  * Copyright (C) 2016 Jens Axboe
5  */
6 #include <linux/kernel.h>
7 #include <linux/module.h>
8 #include <linux/blk-mq.h>
9
10 #include <trace/events/block.h>
11
12 #include "blk.h"
13 #include "blk-mq.h"
14 #include "blk-mq-debugfs.h"
15 #include "blk-mq-sched.h"
16 #include "blk-mq-tag.h"
17 #include "blk-wbt.h"
18
19 void blk_mq_sched_free_hctx_data(struct request_queue *q,
20                                  void (*exit)(struct blk_mq_hw_ctx *))
21 {
22         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
23         int i;
24
25         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
26                 if (exit && hctx->sched_data)
27                         exit(hctx);
28                 kfree(hctx->sched_data);
29                 hctx->sched_data = NULL;
30         }
31 }
32 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_sched_free_hctx_data);
33
34 void blk_mq_sched_assign_ioc(struct request *rq, struct bio *bio)
35 {
36         struct request_queue *q = rq->q;
37         struct io_context *ioc = rq_ioc(bio);
38         struct io_cq *icq;
39
40         spin_lock_irq(q->queue_lock);
41         icq = ioc_lookup_icq(ioc, q);
42         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
43
44         if (!icq) {
45                 icq = ioc_create_icq(ioc, q, GFP_ATOMIC);
46                 if (!icq)
47                         return;
48         }
49         get_io_context(icq->ioc);
50         rq->elv.icq = icq;
51 }
52
53 /*
54  * Mark a hardware queue as needing a restart. For shared queues, maintain
55  * a count of how many hardware queues are marked for restart.
56  */
57 static void blk_mq_sched_mark_restart_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
58 {
59         if (test_bit(BLK_MQ_S_SCHED_RESTART, &hctx->state))
60                 return;
61
62         if (hctx->flags & BLK_MQ_F_TAG_SHARED) {
63                 struct request_queue *q = hctx->queue;
64
65                 if (!test_and_set_bit(BLK_MQ_S_SCHED_RESTART, &hctx->state))
66                         atomic_inc(&q->shared_hctx_restart);
67         } else
68                 set_bit(BLK_MQ_S_SCHED_RESTART, &hctx->state);
69 }
70
71 static bool blk_mq_sched_restart_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
72 {
73         if (!test_bit(BLK_MQ_S_SCHED_RESTART, &hctx->state))
74                 return false;
75
76         if (hctx->flags & BLK_MQ_F_TAG_SHARED) {
77                 struct request_queue *q = hctx->queue;
78
79                 if (test_and_clear_bit(BLK_MQ_S_SCHED_RESTART, &hctx->state))
80                         atomic_dec(&q->shared_hctx_restart);
81         } else
82                 clear_bit(BLK_MQ_S_SCHED_RESTART, &hctx->state);
83
84         return blk_mq_run_hw_queue(hctx, true);
85 }
86
87 /*
88  * Only SCSI implements .get_budget and .put_budget, and SCSI restarts
89  * its queue by itself in its completion handler, so we don't need to
90  * restart queue if .get_budget() returns BLK_STS_NO_RESOURCE.
91  */
92 static void blk_mq_do_dispatch_sched(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
93 {
94         struct request_queue *q = hctx->queue;
95         struct elevator_queue *e = q->elevator;
96         LIST_HEAD(rq_list);
97
98         do {
99                 struct request *rq;
100
101                 if (e->type->ops.mq.has_work &&
102                                 !e->type->ops.mq.has_work(hctx))
103                         break;
104
105                 if (!blk_mq_get_dispatch_budget(hctx))
106                         break;
107
108                 rq = e->type->ops.mq.dispatch_request(hctx);
109                 if (!rq) {
110                         blk_mq_put_dispatch_budget(hctx);
111                         break;
112                 }
113
114                 /*
115                  * Now this rq owns the budget which has to be released
116                  * if this rq won't be queued to driver via .queue_rq()
117                  * in blk_mq_dispatch_rq_list().
118                  */
119                 list_add(&rq->queuelist, &rq_list);
120         } while (blk_mq_dispatch_rq_list(q, &rq_list, true));
121 }
122
123 static struct blk_mq_ctx *blk_mq_next_ctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
124                                           struct blk_mq_ctx *ctx)
125 {
126         unsigned idx = ctx->index_hw;
127
128         if (++idx == hctx->nr_ctx)
129                 idx = 0;
130
131         return hctx->ctxs[idx];
132 }
133
134 /*
135  * Only SCSI implements .get_budget and .put_budget, and SCSI restarts
136  * its queue by itself in its completion handler, so we don't need to
137  * restart queue if .get_budget() returns BLK_STS_NO_RESOURCE.
138  */
139 static void blk_mq_do_dispatch_ctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
140 {
141         struct request_queue *q = hctx->queue;
142         LIST_HEAD(rq_list);
143         struct blk_mq_ctx *ctx = READ_ONCE(hctx->dispatch_from);
144
145         do {
146                 struct request *rq;
147
148                 if (!sbitmap_any_bit_set(&hctx->ctx_map))
149                         break;
150
151                 if (!blk_mq_get_dispatch_budget(hctx))
152                         break;
153
154                 rq = blk_mq_dequeue_from_ctx(hctx, ctx);
155                 if (!rq) {
156                         blk_mq_put_dispatch_budget(hctx);
157                         break;
158                 }
159
160                 /*
161                  * Now this rq owns the budget which has to be released
162                  * if this rq won't be queued to driver via .queue_rq()
163                  * in blk_mq_dispatch_rq_list().
164                  */
165                 list_add(&rq->queuelist, &rq_list);
166
167                 /* round robin for fair dispatch */
168                 ctx = blk_mq_next_ctx(hctx, rq->mq_ctx);
169
170         } while (blk_mq_dispatch_rq_list(q, &rq_list, true));
171
172         WRITE_ONCE(hctx->dispatch_from, ctx);
173 }
174
175 void blk_mq_sched_dispatch_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
176 {
177         struct request_queue *q = hctx->queue;
178         struct elevator_queue *e = q->elevator;
179         const bool has_sched_dispatch = e && e->type->ops.mq.dispatch_request;
180         LIST_HEAD(rq_list);
181
182         /* RCU or SRCU read lock is needed before checking quiesced flag */
183         if (unlikely(blk_mq_hctx_stopped(hctx) || blk_queue_quiesced(q)))
184                 return;
185
186         hctx->run++;
187
188         /*
189          * If we have previous entries on our dispatch list, grab them first for
190          * more fair dispatch.
191          */
192         if (!list_empty_careful(&hctx->dispatch)) {
193                 spin_lock(&hctx->lock);
194                 if (!list_empty(&hctx->dispatch))
195                         list_splice_init(&hctx->dispatch, &rq_list);
196                 spin_unlock(&hctx->lock);
197         }
198
199         /*
200          * Only ask the scheduler for requests, if we didn't have residual
201          * requests from the dispatch list. This is to avoid the case where
202          * we only ever dispatch a fraction of the requests available because
203          * of low device queue depth. Once we pull requests out of the IO
204          * scheduler, we can no longer merge or sort them. So it's best to
205          * leave them there for as long as we can. Mark the hw queue as
206          * needing a restart in that case.
207          *
208          * We want to dispatch from the scheduler if there was nothing
209          * on the dispatch list or we were able to dispatch from the
210          * dispatch list.
211          */
212         if (!list_empty(&rq_list)) {
213                 blk_mq_sched_mark_restart_hctx(hctx);
214                 if (blk_mq_dispatch_rq_list(q, &rq_list, false)) {
215                         if (has_sched_dispatch)
216                                 blk_mq_do_dispatch_sched(hctx);
217                         else
218                                 blk_mq_do_dispatch_ctx(hctx);
219                 }
220         } else if (has_sched_dispatch) {
221                 blk_mq_do_dispatch_sched(hctx);
222         } else if (q->mq_ops->get_budget) {
223                 /*
224                  * If we need to get budget before queuing request, we
225                  * dequeue request one by one from sw queue for avoiding
226                  * to mess up I/O merge when dispatch runs out of resource.
227                  *
228                  * TODO: get more budgets, and dequeue more requests in
229                  * one time.
230                  */
231                 blk_mq_do_dispatch_ctx(hctx);
232         } else {
233                 blk_mq_flush_busy_ctxs(hctx, &rq_list);
234                 blk_mq_dispatch_rq_list(q, &rq_list, false);
235         }
236 }
237
238 bool blk_mq_sched_try_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
239                             struct request **merged_request)
240 {
241         struct request *rq;
242
243         switch (elv_merge(q, &rq, bio)) {
244         case ELEVATOR_BACK_MERGE:
245                 if (!blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
246                         return false;
247                 if (!bio_attempt_back_merge(q, rq, bio))
248                         return false;
249                 *merged_request = attempt_back_merge(q, rq);
250                 if (!*merged_request)
251                         elv_merged_request(q, rq, ELEVATOR_BACK_MERGE);
252                 return true;
253         case ELEVATOR_FRONT_MERGE:
254                 if (!blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
255                         return false;
256                 if (!bio_attempt_front_merge(q, rq, bio))
257                         return false;
258                 *merged_request = attempt_front_merge(q, rq);
259                 if (!*merged_request)
260                         elv_merged_request(q, rq, ELEVATOR_FRONT_MERGE);
261                 return true;
262         case ELEVATOR_DISCARD_MERGE:
263                 return bio_attempt_discard_merge(q, rq, bio);
264         default:
265                 return false;
266         }
267 }
268 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_sched_try_merge);
269
270 /*
271  * Iterate list of requests and see if we can merge this bio with any
272  * of them.
273  */
274 bool blk_mq_bio_list_merge(struct request_queue *q, struct list_head *list,
275                            struct bio *bio)
276 {
277         struct request *rq;
278         int checked = 8;
279
280         list_for_each_entry_reverse(rq, list, queuelist) {
281                 bool merged = false;
282
283                 if (!checked--)
284                         break;
285
286                 if (!blk_rq_merge_ok(rq, bio))
287                         continue;
288
289                 switch (blk_try_merge(rq, bio)) {
290                 case ELEVATOR_BACK_MERGE:
291                         if (blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
292                                 merged = bio_attempt_back_merge(q, rq, bio);
293                         break;
294                 case ELEVATOR_FRONT_MERGE:
295                         if (blk_mq_sched_allow_merge(q, rq, bio))
296                                 merged = bio_attempt_front_merge(q, rq, bio);
297                         break;
298                 case ELEVATOR_DISCARD_MERGE:
299                         merged = bio_attempt_discard_merge(q, rq, bio);
300                         break;
301                 default:
302                         continue;
303                 }
304
305                 return merged;
306         }
307
308         return false;
309 }
310 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_bio_list_merge);
311
312 /*
313  * Reverse check our software queue for entries that we could potentially
314  * merge with. Currently includes a hand-wavy stop count of 8, to not spend
315  * too much time checking for merges.
316  */
317 static bool blk_mq_attempt_merge(struct request_queue *q,
318                                  struct blk_mq_ctx *ctx, struct bio *bio)
319 {
320         lockdep_assert_held(&ctx->lock);
321
322         if (blk_mq_bio_list_merge(q, &ctx->rq_list, bio)) {
323                 ctx->rq_merged++;
324                 return true;
325         }
326
327         return false;
328 }
329
330 bool __blk_mq_sched_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio)
331 {
332         struct elevator_queue *e = q->elevator;
333         struct blk_mq_ctx *ctx = blk_mq_get_ctx(q);
334         struct blk_mq_hw_ctx *hctx = blk_mq_map_queue(q, ctx->cpu);
335         bool ret = false;
336
337         if (e && e->type->ops.mq.bio_merge) {
338                 blk_mq_put_ctx(ctx);
339                 return e->type->ops.mq.bio_merge(hctx, bio);
340         }
341
342         if (hctx->flags & BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE) {
343                 /* default per sw-queue merge */
344                 spin_lock(&ctx->lock);
345                 ret = blk_mq_attempt_merge(q, ctx, bio);
346                 spin_unlock(&ctx->lock);
347         }
348
349         blk_mq_put_ctx(ctx);
350         return ret;
351 }
352
353 bool blk_mq_sched_try_insert_merge(struct request_queue *q, struct request *rq)
354 {
355         return rq_mergeable(rq) && elv_attempt_insert_merge(q, rq);
356 }
357 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_sched_try_insert_merge);
358
359 void blk_mq_sched_request_inserted(struct request *rq)
360 {
361         trace_block_rq_insert(rq->q, rq);
362 }
363 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_sched_request_inserted);
364
365 static bool blk_mq_sched_bypass_insert(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
366                                        bool has_sched,
367                                        struct request *rq)
368 {
369         /* dispatch flush rq directly */
370         if (rq->rq_flags & RQF_FLUSH_SEQ) {
371                 spin_lock(&hctx->lock);
372                 list_add(&rq->queuelist, &hctx->dispatch);
373                 spin_unlock(&hctx->lock);
374                 return true;
375         }
376
377         if (has_sched)
378                 rq->rq_flags |= RQF_SORTED;
379
380         return false;
381 }
382
383 /**
384  * list_for_each_entry_rcu_rr - iterate in a round-robin fashion over rcu list
385  * @pos:    loop cursor.
386  * @skip:   the list element that will not be examined. Iteration starts at
387  *          @skip->next.
388  * @head:   head of the list to examine. This list must have at least one
389  *          element, namely @skip.
390  * @member: name of the list_head structure within typeof(*pos).
391  */
392 #define list_for_each_entry_rcu_rr(pos, skip, head, member)             \
393         for ((pos) = (skip);                                            \
394              (pos = (pos)->member.next != (head) ? list_entry_rcu(      \
395                         (pos)->member.next, typeof(*pos), member) :     \
396               list_entry_rcu((pos)->member.next->next, typeof(*pos), member)), \
397              (pos) != (skip); )
398
399 /*
400  * Called after a driver tag has been freed to check whether a hctx needs to
401  * be restarted. Restarts @hctx if its tag set is not shared. Restarts hardware
402  * queues in a round-robin fashion if the tag set of @hctx is shared with other
403  * hardware queues.
404  */
405 void blk_mq_sched_restart(struct blk_mq_hw_ctx *const hctx)
406 {
407         struct blk_mq_tags *const tags = hctx->tags;
408         struct blk_mq_tag_set *const set = hctx->queue->tag_set;
409         struct request_queue *const queue = hctx->queue, *q;
410         struct blk_mq_hw_ctx *hctx2;
411         unsigned int i, j;
412
413         if (set->flags & BLK_MQ_F_TAG_SHARED) {
414                 /*
415                  * If this is 0, then we know that no hardware queues
416                  * have RESTART marked. We're done.
417                  */
418                 if (!atomic_read(&queue->shared_hctx_restart))
419                         return;
420
421                 rcu_read_lock();
422                 list_for_each_entry_rcu_rr(q, queue, &set->tag_list,
423                                            tag_set_list) {
424                         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx2, i)
425                                 if (hctx2->tags == tags &&
426                                     blk_mq_sched_restart_hctx(hctx2))
427                                         goto done;
428                 }
429                 j = hctx->queue_num + 1;
430                 for (i = 0; i < queue->nr_hw_queues; i++, j++) {
431                         if (j == queue->nr_hw_queues)
432                                 j = 0;
433                         hctx2 = queue->queue_hw_ctx[j];
434                         if (hctx2->tags == tags &&
435                             blk_mq_sched_restart_hctx(hctx2))
436                                 break;
437                 }
438 done:
439                 rcu_read_unlock();
440         } else {
441                 blk_mq_sched_restart_hctx(hctx);
442         }
443 }
444
445 void blk_mq_sched_insert_request(struct request *rq, bool at_head,
446                                  bool run_queue, bool async)
447 {
448         struct request_queue *q = rq->q;
449         struct elevator_queue *e = q->elevator;
450         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx;
451         struct blk_mq_hw_ctx *hctx = blk_mq_map_queue(q, ctx->cpu);
452
453         /* flush rq in flush machinery need to be dispatched directly */
454         if (!(rq->rq_flags & RQF_FLUSH_SEQ) && op_is_flush(rq->cmd_flags)) {
455                 blk_insert_flush(rq);
456                 goto run;
457         }
458
459         WARN_ON(e && (rq->tag != -1));
460
461         if (blk_mq_sched_bypass_insert(hctx, !!e, rq))
462                 goto run;
463
464         if (e && e->type->ops.mq.insert_requests) {
465                 LIST_HEAD(list);
466
467                 list_add(&rq->queuelist, &list);
468                 e->type->ops.mq.insert_requests(hctx, &list, at_head);
469         } else {
470                 spin_lock(&ctx->lock);
471                 __blk_mq_insert_request(hctx, rq, at_head);
472                 spin_unlock(&ctx->lock);
473         }
474
475 run:
476         if (run_queue)
477                 blk_mq_run_hw_queue(hctx, async);
478 }
479
480 void blk_mq_sched_insert_requests(struct request_queue *q,
481                                   struct blk_mq_ctx *ctx,
482                                   struct list_head *list, bool run_queue_async)
483 {
484         struct blk_mq_hw_ctx *hctx = blk_mq_map_queue(q, ctx->cpu);
485         struct elevator_queue *e = hctx->queue->elevator;
486
487         if (e && e->type->ops.mq.insert_requests)
488                 e->type->ops.mq.insert_requests(hctx, list, false);
489         else
490                 blk_mq_insert_requests(hctx, ctx, list);
491
492         blk_mq_run_hw_queue(hctx, run_queue_async);
493 }
494
495 static void blk_mq_sched_free_tags(struct blk_mq_tag_set *set,
496                                    struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
497                                    unsigned int hctx_idx)
498 {
499         if (hctx->sched_tags) {
500                 blk_mq_free_rqs(set, hctx->sched_tags, hctx_idx);
501                 blk_mq_free_rq_map(hctx->sched_tags);
502                 hctx->sched_tags = NULL;
503         }
504 }
505
506 static int blk_mq_sched_alloc_tags(struct request_queue *q,
507                                    struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
508                                    unsigned int hctx_idx)
509 {
510         struct blk_mq_tag_set *set = q->tag_set;
511         int ret;
512
513         hctx->sched_tags = blk_mq_alloc_rq_map(set, hctx_idx, q->nr_requests,
514                                                set->reserved_tags);
515         if (!hctx->sched_tags)
516                 return -ENOMEM;
517
518         ret = blk_mq_alloc_rqs(set, hctx->sched_tags, hctx_idx, q->nr_requests);
519         if (ret)
520                 blk_mq_sched_free_tags(set, hctx, hctx_idx);
521
522         return ret;
523 }
524
525 static void blk_mq_sched_tags_teardown(struct request_queue *q)
526 {
527         struct blk_mq_tag_set *set = q->tag_set;
528         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
529         int i;
530
531         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i)
532                 blk_mq_sched_free_tags(set, hctx, i);
533 }
534
535 int blk_mq_sched_init_hctx(struct request_queue *q, struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
536                            unsigned int hctx_idx)
537 {
538         struct elevator_queue *e = q->elevator;
539         int ret;
540
541         if (!e)
542                 return 0;
543
544         ret = blk_mq_sched_alloc_tags(q, hctx, hctx_idx);
545         if (ret)
546                 return ret;
547
548         if (e->type->ops.mq.init_hctx) {
549                 ret = e->type->ops.mq.init_hctx(hctx, hctx_idx);
550                 if (ret) {
551                         blk_mq_sched_free_tags(q->tag_set, hctx, hctx_idx);
552                         return ret;
553                 }
554         }
555
556         blk_mq_debugfs_register_sched_hctx(q, hctx);
557
558         return 0;
559 }
560
561 void blk_mq_sched_exit_hctx(struct request_queue *q, struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
562                             unsigned int hctx_idx)
563 {
564         struct elevator_queue *e = q->elevator;
565
566         if (!e)
567                 return;
568
569         blk_mq_debugfs_unregister_sched_hctx(hctx);
570
571         if (e->type->ops.mq.exit_hctx && hctx->sched_data) {
572                 e->type->ops.mq.exit_hctx(hctx, hctx_idx);
573                 hctx->sched_data = NULL;
574         }
575
576         blk_mq_sched_free_tags(q->tag_set, hctx, hctx_idx);
577 }
578
579 int blk_mq_init_sched(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
580 {
581         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
582         struct elevator_queue *eq;
583         unsigned int i;
584         int ret;
585
586         if (!e) {
587                 q->elevator = NULL;
588                 q->nr_requests = q->tag_set->queue_depth;
589                 return 0;
590         }
591
592         /*
593          * Default to double of smaller one between hw queue_depth and 128,
594          * since we don't split into sync/async like the old code did.
595          * Additionally, this is a per-hw queue depth.
596          */
597         q->nr_requests = 2 * min_t(unsigned int, q->tag_set->queue_depth,
598                                    BLKDEV_MAX_RQ);
599
600         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
601                 ret = blk_mq_sched_alloc_tags(q, hctx, i);
602                 if (ret)
603                         goto err;
604         }
605
606         ret = e->ops.mq.init_sched(q, e);
607         if (ret)
608                 goto err;
609
610         blk_mq_debugfs_register_sched(q);
611
612         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
613                 if (e->ops.mq.init_hctx) {
614                         ret = e->ops.mq.init_hctx(hctx, i);
615                         if (ret) {
616                                 eq = q->elevator;
617                                 blk_mq_exit_sched(q, eq);
618                                 kobject_put(&eq->kobj);
619                                 return ret;
620                         }
621                 }
622                 blk_mq_debugfs_register_sched_hctx(q, hctx);
623         }
624
625         return 0;
626
627 err:
628         blk_mq_sched_tags_teardown(q);
629         q->elevator = NULL;
630         return ret;
631 }
632
633 void blk_mq_exit_sched(struct request_queue *q, struct elevator_queue *e)
634 {
635         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
636         unsigned int i;
637
638         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
639                 blk_mq_debugfs_unregister_sched_hctx(hctx);
640                 if (e->type->ops.mq.exit_hctx && hctx->sched_data) {
641                         e->type->ops.mq.exit_hctx(hctx, i);
642                         hctx->sched_data = NULL;
643                 }
644         }
645         blk_mq_debugfs_unregister_sched(q);
646         if (e->type->ops.mq.exit_sched)
647                 e->type->ops.mq.exit_sched(e);
648         blk_mq_sched_tags_teardown(q);
649         q->elevator = NULL;
650 }