block/bfq-iosched.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later */
   2 /*
   3  * Header file for the BFQ I/O scheduler: data structures and
   4  * prototypes of interface functions among BFQ components.
   5  */
   6 #ifndef _BFQ_H
   7 #define _BFQ_H
   8
   9 #include <linux/blktrace_api.h>
  10 #include <linux/hrtimer.h>
  11 #include <linux/blk-cgroup.h>
  12
  13 #include "blk-cgroup-rwstat.h"
  14
  15 #define BFQ_IOPRIO_CLASSES      3
  16 #define BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT     (HZ/5)
  17
  18 #define BFQ_MIN_WEIGHT                  1
  19 #define BFQ_MAX_WEIGHT                  1000
  20 #define BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF     10
  21
  22 #define BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO        4
  23
  24 #define BFQ_WEIGHT_LEGACY_DFL   100
  25 #define BFQ_DEFAULT_GRP_IOPRIO  0
  26 #define BFQ_DEFAULT_GRP_CLASS   IOPRIO_CLASS_BE
  27
  28 #define MAX_BFQQ_NAME_LENGTH 16
  29
  30 /*
  31  * Soft real-time applications are extremely more latency sensitive
  32  * than interactive ones. Over-raise the weight of the former to
  33  * privilege them against the latter.
  34  */
  35 #define BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR        100
  36
  37 struct bfq_entity;
  38
  39 /**
  40  * struct bfq_service_tree - per ioprio_class service tree.
  41  *
  42  * Each service tree represents a B-WF2Q+ scheduler on its own.  Each
  43  * ioprio_class has its own independent scheduler, and so its own
  44  * bfq_service_tree.  All the fields are protected by the queue lock
  45  * of the containing bfqd.
  46  */
  47 struct bfq_service_tree {
  48         /* tree for active entities (i.e., those backlogged) */
  49         struct rb_root active;
  50         /* tree for idle entities (i.e., not backlogged, with V < F_i)*/
  51         struct rb_root idle;
  52
  53         /* idle entity with minimum F_i */
  54         struct bfq_entity *first_idle;
  55         /* idle entity with maximum F_i */
  56         struct bfq_entity *last_idle;
  57
  58         /* scheduler virtual time */
  59         u64 vtime;
  60         /* scheduler weight sum; active and idle entities contribute to it */
  61         unsigned long wsum;
  62 };
  63
  64 /**
  65  * struct bfq_sched_data - multi-class scheduler.
  66  *
  67  * bfq_sched_data is the basic scheduler queue.  It supports three
  68  * ioprio_classes, and can be used either as a toplevel queue or as an
  69  * intermediate queue in a hierarchical setup.
  70  *
  71  * The supported ioprio_classes are the same as in CFQ, in descending
  72  * priority order, IOPRIO_CLASS_RT, IOPRIO_CLASS_BE, IOPRIO_CLASS_IDLE.
  73  * Requests from higher priority queues are served before all the
  74  * requests from lower priority queues; among requests of the same
  75  * queue requests are served according to B-WF2Q+.
  76  *
  77  * The schedule is implemented by the service trees, plus the field
  78  * @next_in_service, which points to the entity on the active trees
  79  * that will be served next, if 1) no changes in the schedule occurs
  80  * before the current in-service entity is expired, 2) the in-service
  81  * queue becomes idle when it expires, and 3) if the entity pointed by
  82  * in_service_entity is not a queue, then the in-service child entity
  83  * of the entity pointed by in_service_entity becomes idle on
  84  * expiration. This peculiar definition allows for the following
  85  * optimization, not yet exploited: while a given entity is still in
  86  * service, we already know which is the best candidate for next
  87  * service among the other active entities in the same parent
  88  * entity. We can then quickly compare the timestamps of the
  89  * in-service entity with those of such best candidate.
  90  *
  91  * All fields are protected by the lock of the containing bfqd.
  92  */
  93 struct bfq_sched_data {
  94         /* entity in service */
  95         struct bfq_entity *in_service_entity;
  96         /* head-of-line entity (see comments above) */
  97         struct bfq_entity *next_in_service;
  98         /* array of service trees, one per ioprio_class */
  99         struct bfq_service_tree service_tree[BFQ_IOPRIO_CLASSES];
 100         /* last time CLASS_IDLE was served */
 101         unsigned long bfq_class_idle_last_service;
 102
 103 };
 104
 105 /**
 106  * struct bfq_weight_counter - counter of the number of all active queues
 107  *                             with a given weight.
 108  */
 109 struct bfq_weight_counter {
 110         unsigned int weight; /* weight of the queues this counter refers to */
 111         unsigned int num_active; /* nr of active queues with this weight */
 112         /*
 113          * Weights tree member (see bfq_data's @queue_weights_tree)
 114          */
 115         struct rb_node weights_node;
 116 };
 117
 118 /**
 119  * struct bfq_entity - schedulable entity.
 120  *
 121  * A bfq_entity is used to represent either a bfq_queue (leaf node in the
 122  * cgroup hierarchy) or a bfq_group into the upper level scheduler.  Each
 123  * entity belongs to the sched_data of the parent group in the cgroup
 124  * hierarchy.  Non-leaf entities have also their own sched_data, stored
 125  * in @my_sched_data.
 126  *
 127  * Each entity stores independently its priority values; this would
 128  * allow different weights on different devices, but this
 129  * functionality is not exported to userspace by now.  Priorities and
 130  * weights are updated lazily, first storing the new values into the
 131  * new_* fields, then setting the @prio_changed flag.  As soon as
 132  * there is a transition in the entity state that allows the priority
 133  * update to take place the effective and the requested priority
 134  * values are synchronized.
 135  *
 136  * Unless cgroups are used, the weight value is calculated from the
 137  * ioprio to export the same interface as CFQ.  When dealing with
 138  * "well-behaved" queues (i.e., queues that do not spend too much
 139  * time to consume their budget and have true sequential behavior, and
 140  * when there are no external factors breaking anticipation) the
 141  * relative weights at each level of the cgroups hierarchy should be
 142  * guaranteed.  All the fields are protected by the queue lock of the
 143  * containing bfqd.
 144  */
 145 struct bfq_entity {
 146         /* service_tree member */
 147         struct rb_node rb_node;
 148
 149         /*
 150          * Flag, true if the entity is on a tree (either the active or
 151          * the idle one of its service_tree) or is in service.
 152          */
 153         bool on_st_or_in_serv;
 154
 155         /* B-WF2Q+ start and finish timestamps [sectors/weight] */
 156         u64 start, finish;
 157
 158         /* tree the entity is enqueued into; %NULL if not on a tree */
 159         struct rb_root *tree;
 160
 161         /*
 162          * minimum start time of the (active) subtree rooted at this
 163          * entity; used for O(log N) lookups into active trees
 164          */
 165         u64 min_start;
 166
 167         /* amount of service received during the last service slot */
 168         int service;
 169
 170         /* budget, used also to calculate F_i: F_i = S_i + @budget / @weight */
 171         int budget;
 172
 173         /* Number of requests allocated in the subtree of this entity */
 174         int allocated;
 175
 176         /* device weight, if non-zero, it overrides the default weight of
 177          * bfq_group_data */
 178         int dev_weight;
 179         /* weight of the queue */
 180         int weight;
 181         /* next weight if a change is in progress */
 182         int new_weight;
 183
 184         /* original weight, used to implement weight boosting */
 185         int orig_weight;
 186
 187         /* parent entity, for hierarchical scheduling */
 188         struct bfq_entity *parent;
 189
 190         /*
 191          * For non-leaf nodes in the hierarchy, the associated
 192          * scheduler queue, %NULL on leaf nodes.
 193          */
 194         struct bfq_sched_data *my_sched_data;
 195         /* the scheduler queue this entity belongs to */
 196         struct bfq_sched_data *sched_data;
 197
 198         /* flag, set to request a weight, ioprio or ioprio_class change  */
 199         int prio_changed;
 200
 201         /* flag, set if the entity is counted in groups_with_pending_reqs */
 202         bool in_groups_with_pending_reqs;
 203
 204         /* last child queue of entity created (for non-leaf entities) */
 205         struct bfq_queue *last_bfqq_created;
 206 };
 207
 208 struct bfq_group;
 209
 210 /**
 211  * struct bfq_ttime - per process thinktime stats.
 212  */
 213 struct bfq_ttime {
 214         /* completion time of the last request */
 215         u64 last_end_request;
 216
 217         /* total process thinktime */
 218         u64 ttime_total;
 219         /* number of thinktime samples */
 220         unsigned long ttime_samples;
 221         /* average process thinktime */
 222         u64 ttime_mean;
 223 };
 224
 225 /**
 226  * struct bfq_queue - leaf schedulable entity.
 227  *
 228  * A bfq_queue is a leaf request queue; it can be associated with an
 229  * io_context or more, if it  is  async or shared  between  cooperating
 230  * processes. @cgroup holds a reference to the cgroup, to be sure that it
 231  * does not disappear while a bfqq still references it (mostly to avoid
 232  * races between request issuing and task migration followed by cgroup
 233  * destruction).
 234  * All the fields are protected by the queue lock of the containing bfqd.
 235  */
 236 struct bfq_queue {
 237         /* reference counter */
 238         int ref;
 239         /* counter of references from other queues for delayed stable merge */
 240         int stable_ref;
 241         /* parent bfq_data */
 242         struct bfq_data *bfqd;
 243
 244         /* current ioprio and ioprio class */
 245         unsigned short ioprio, ioprio_class;
 246         /* next ioprio and ioprio class if a change is in progress */
 247         unsigned short new_ioprio, new_ioprio_class;
 248
 249         /* last total-service-time sample, see bfq_update_inject_limit() */
 250         u64 last_serv_time_ns;
 251         /* limit for request injection */
 252         unsigned int inject_limit;
 253         /* last time the inject limit has been decreased, in jiffies */
 254         unsigned long decrease_time_jif;
 255
 256         /*
 257          * Shared bfq_queue if queue is cooperating with one or more
 258          * other queues.
 259          */
 260         struct bfq_queue *new_bfqq;
 261         /* request-position tree member (see bfq_group's @rq_pos_tree) */
 262         struct rb_node pos_node;
 263         /* request-position tree root (see bfq_group's @rq_pos_tree) */
 264         struct rb_root *pos_root;
 265
 266         /* sorted list of pending requests */
 267         struct rb_root sort_list;
 268         /* if fifo isn't expired, next request to serve */
 269         struct request *next_rq;
 270         /* number of sync and async requests queued */
 271         int queued[2];
 272         /* number of pending metadata requests */
 273         int meta_pending;
 274         /* fifo list of requests in sort_list */
 275         struct list_head fifo;
 276
 277         /* entity representing this queue in the scheduler */
 278         struct bfq_entity entity;
 279
 280         /* pointer to the weight counter associated with this entity */
 281         struct bfq_weight_counter *weight_counter;
 282
 283         /* maximum budget allowed from the feedback mechanism */
 284         int max_budget;
 285         /* budget expiration (in jiffies) */
 286         unsigned long budget_timeout;
 287
 288         /* number of requests on the dispatch list or inside driver */
 289         int dispatched;
 290
 291         /* status flags */
 292         unsigned long flags;
 293
 294         /* node for active/idle bfqq list inside parent bfqd */
 295         struct list_head bfqq_list;
 296
 297         /* associated @bfq_ttime struct */
 298         struct bfq_ttime ttime;
 299
 300         /* when bfqq started to do I/O within the last observation window */
 301         u64 io_start_time;
 302         /* how long bfqq has remained empty during the last observ. window */
 303         u64 tot_idle_time;
 304
 305         /* bit vector: a 1 for each seeky requests in history */
 306         u32 seek_history;
 307
 308         /* node for the device's burst list */
 309         struct hlist_node burst_list_node;
 310
 311         /* position of the last request enqueued */
 312         sector_t last_request_pos;
 313
 314         /* Number of consecutive pairs of request completion and
 315          * arrival, such that the queue becomes idle after the
 316          * completion, but the next request arrives within an idle
 317          * time slice; used only if the queue's IO_bound flag has been
 318          * cleared.
 319          */
 320         unsigned int requests_within_timer;
 321
 322         /* pid of the process owning the queue, used for logging purposes */
 323         pid_t pid;
 324
 325         /*
 326          * Pointer to the bfq_io_cq owning the bfq_queue, set to %NULL
 327          * if the queue is shared.
 328          */
 329         struct bfq_io_cq *bic;
 330
 331         /* current maximum weight-raising time for this queue */
 332         unsigned long wr_cur_max_time;
 333         /*
 334          * Minimum time instant such that, only if a new request is
 335          * enqueued after this time instant in an idle @bfq_queue with
 336          * no outstanding requests, then the task associated with the
 337          * queue it is deemed as soft real-time (see the comments on
 338          * the function bfq_bfqq_softrt_next_start())
 339          */
 340         unsigned long soft_rt_next_start;
 341         /*
 342          * Start time of the current weight-raising period if
 343          * the @bfq-queue is being weight-raised, otherwise
 344          * finish time of the last weight-raising period.
 345          */
 346         unsigned long last_wr_start_finish;
 347         /* factor by which the weight of this queue is multiplied */
 348         unsigned int wr_coeff;
 349         /*
 350          * Time of the last transition of the @bfq_queue from idle to
 351          * backlogged.
 352          */
 353         unsigned long last_idle_bklogged;
 354         /*
 355          * Cumulative service received from the @bfq_queue since the
 356          * last transition from idle to backlogged.
 357          */
 358         unsigned long service_from_backlogged;
 359         /*
 360          * Cumulative service received from the @bfq_queue since its
 361          * last transition to weight-raised state.
 362          */
 363         unsigned long service_from_wr;
 364
 365         /*
 366          * Value of wr start time when switching to soft rt
 367          */
 368         unsigned long wr_start_at_switch_to_srt;
 369
 370         unsigned long split_time; /* time of last split */
 371
 372         unsigned long first_IO_time; /* time of first I/O for this queue */
 373
 374         unsigned long creation_time; /* when this queue is created */
 375
 376         /* max service rate measured so far */
 377         u32 max_service_rate;
 378
 379         /*
 380          * Pointer to the waker queue for this queue, i.e., to the
 381          * queue Q such that this queue happens to get new I/O right
 382          * after some I/O request of Q is completed. For details, see
 383          * the comments on the choice of the queue for injection in
 384          * bfq_select_queue().
 385          */
 386         struct bfq_queue *waker_bfqq;
 387         /* pointer to the curr. tentative waker queue, see bfq_check_waker() */
 388         struct bfq_queue *tentative_waker_bfqq;
 389         /* number of times the same tentative waker has been detected */
 390         unsigned int num_waker_detections;
 391         /* time when we started considering this waker */
 392         u64 waker_detection_started;
 393
 394         /* node for woken_list, see below */
 395         struct hlist_node woken_list_node;
 396         /*
 397          * Head of the list of the woken queues for this queue, i.e.,
 398          * of the list of the queues for which this queue is a waker
 399          * queue. This list is used to reset the waker_bfqq pointer in
 400          * the woken queues when this queue exits.
 401          */
 402         struct hlist_head woken_list;
 403 };
 404
 405 /**
 406  * struct bfq_io_cq - per (request_queue, io_context) structure.
 407  */
 408 struct bfq_io_cq {
 409         /* associated io_cq structure */
 410         struct io_cq icq; /* must be the first member */
 411         /* array of two process queues, the sync and the async */
 412         struct bfq_queue *bfqq[2];
 413         /* per (request_queue, blkcg) ioprio */
 414         int ioprio;
 415 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
 416         uint64_t blkcg_serial_nr; /* the current blkcg serial */
 417 #endif
 418         /*
 419          * Snapshot of the has_short_time flag before merging; taken
 420          * to remember its value while the queue is merged, so as to
 421          * be able to restore it in case of split.
 422          */
 423         bool saved_has_short_ttime;
 424         /*
 425          * Same purpose as the previous two fields for the I/O bound
 426          * classification of a queue.
 427          */
 428         bool saved_IO_bound;
 429
 430         u64 saved_io_start_time;
 431         u64 saved_tot_idle_time;
 432
 433         /*
 434          * Same purpose as the previous fields for the value of the
 435          * field keeping the queue's belonging to a large burst
 436          */
 437         bool saved_in_large_burst;
 438         /*
 439          * True if the queue belonged to a burst list before its merge
 440          * with another cooperating queue.
 441          */
 442         bool was_in_burst_list;
 443
 444         /*
 445          * Save the weight when a merge occurs, to be able
 446          * to restore it in case of split. If the weight is not
 447          * correctly resumed when the queue is recycled,
 448          * then the weight of the recycled queue could differ
 449          * from the weight of the original queue.
 450          */
 451         unsigned int saved_weight;
 452
 453         /*
 454          * Similar to previous fields: save wr information.
 455          */
 456         unsigned long saved_wr_coeff;
 457         unsigned long saved_last_wr_start_finish;
 458         unsigned long saved_service_from_wr;
 459         unsigned long saved_wr_start_at_switch_to_srt;
 460         unsigned int saved_wr_cur_max_time;
 461         struct bfq_ttime saved_ttime;
 462
 463         /* Save also injection state */
 464         u64 saved_last_serv_time_ns;
 465         unsigned int saved_inject_limit;
 466         unsigned long saved_decrease_time_jif;
 467
 468         /* candidate queue for a stable merge (due to close creation time) */
 469         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq;
 470
 471         bool stably_merged;     /* non splittable if true */
 472 };
 473
 474 /**
 475  * struct bfq_data - per-device data structure.
 476  *
 477  * All the fields are protected by @lock.
 478  */
 479 struct bfq_data {
 480         /* device request queue */
 481         struct request_queue *queue;
 482         /* dispatch queue */
 483         struct list_head dispatch;
 484
 485         /* root bfq_group for the device */
 486         struct bfq_group *root_group;
 487
 488         /*
 489          * rbtree of weight counters of @bfq_queues, sorted by
 490          * weight. Used to keep track of whether all @bfq_queues have
 491          * the same weight. The tree contains one counter for each
 492          * distinct weight associated to some active and not
 493          * weight-raised @bfq_queue (see the comments to the functions
 494          * bfq_weights_tree_[add|remove] for further details).
 495          */
 496         struct rb_root_cached queue_weights_tree;
 497
 498         /*
 499          * Number of groups with at least one descendant process that
 500          * has at least one request waiting for completion. Note that
 501          * this accounts for also requests already dispatched, but not
 502          * yet completed. Therefore this number of groups may differ
 503          * (be larger) than the number of active groups, as a group is
 504          * considered active only if its corresponding entity has
 505          * descendant queues with at least one request queued. This
 506          * number is used to decide whether a scenario is symmetric.
 507          * For a detailed explanation see comments on the computation
 508          * of the variable asymmetric_scenario in the function
 509          * bfq_better_to_idle().
 510          *
 511          * However, it is hard to compute this number exactly, for
 512          * groups with multiple descendant processes. Consider a group
 513          * that is inactive, i.e., that has no descendant process with
 514          * pending I/O inside BFQ queues. Then suppose that
 515          * num_groups_with_pending_reqs is still accounting for this
 516          * group, because the group has descendant processes with some
 517          * I/O request still in flight. num_groups_with_pending_reqs
 518          * should be decremented when the in-flight request of the
 519          * last descendant process is finally completed (assuming that
 520          * nothing else has changed for the group in the meantime, in
 521          * terms of composition of the group and active/inactive state of child
 522          * groups and processes). To accomplish this, an additional
 523          * pending-request counter must be added to entities, and must
 524          * be updated correctly. To avoid this additional field and operations,
 525          * we resort to the following tradeoff between simplicity and
 526          * accuracy: for an inactive group that is still counted in
 527          * num_groups_with_pending_reqs, we decrement
 528          * num_groups_with_pending_reqs when the first descendant
 529          * process of the group remains with no request waiting for
 530          * completion.
 531          *
 532          * Even this simpler decrement strategy requires a little
 533          * carefulness: to avoid multiple decrements, we flag a group,
 534          * more precisely an entity representing a group, as still
 535          * counted in num_groups_with_pending_reqs when it becomes
 536          * inactive. Then, when the first descendant queue of the
 537          * entity remains with no request waiting for completion,
 538          * num_groups_with_pending_reqs is decremented, and this flag
 539          * is reset. After this flag is reset for the entity,
 540          * num_groups_with_pending_reqs won't be decremented any
 541          * longer in case a new descendant queue of the entity remains
 542          * with no request waiting for completion.
 543          */
 544         unsigned int num_groups_with_pending_reqs;
 545
 546         /*
 547          * Per-class (RT, BE, IDLE) number of bfq_queues containing
 548          * requests (including the queue in service, even if it is
 549          * idling).
 550          */
 551         unsigned int busy_queues[3];
 552         /* number of weight-raised busy @bfq_queues */
 553         int wr_busy_queues;
 554         /* number of queued requests */
 555         int queued;
 556         /* number of requests dispatched and waiting for completion */
 557         int rq_in_driver;
 558
 559         /* true if the device is non rotational and performs queueing */
 560         bool nonrot_with_queueing;
 561
 562         /*
 563          * Maximum number of requests in driver in the last
 564          * @hw_tag_samples completed requests.
 565          */
 566         int max_rq_in_driver;
 567         /* number of samples used to calculate hw_tag */
 568         int hw_tag_samples;
 569         /* flag set to one if the driver is showing a queueing behavior */
 570         int hw_tag;
 571
 572         /* number of budgets assigned */
 573         int budgets_assigned;
 574
 575         /*
 576          * Timer set when idling (waiting) for the next request from
 577          * the queue in service.
 578          */
 579         struct hrtimer idle_slice_timer;
 580
 581         /* bfq_queue in service */
 582         struct bfq_queue *in_service_queue;
 583
 584         /* on-disk position of the last served request */
 585         sector_t last_position;
 586
 587         /* position of the last served request for the in-service queue */
 588         sector_t in_serv_last_pos;
 589
 590         /* time of last request completion (ns) */
 591         u64 last_completion;
 592
 593         /* bfqq owning the last completed rq */
 594         struct bfq_queue *last_completed_rq_bfqq;
 595
 596         /* last bfqq created, among those in the root group */
 597         struct bfq_queue *last_bfqq_created;
 598
 599         /* time of last transition from empty to non-empty (ns) */
 600         u64 last_empty_occupied_ns;
 601
 602         /*
 603          * Flag set to activate the sampling of the total service time
 604          * of a just-arrived first I/O request (see
 605          * bfq_update_inject_limit()). This will cause the setting of
 606          * waited_rq when the request is finally dispatched.
 607          */
 608         bool wait_dispatch;
 609         /*
 610          *  If set, then bfq_update_inject_limit() is invoked when
 611          *  waited_rq is eventually completed.
 612          */
 613         struct request *waited_rq;
 614         /*
 615          * True if some request has been injected during the last service hole.
 616          */
 617         bool rqs_injected;
 618
 619         /* time of first rq dispatch in current observation interval (ns) */
 620         u64 first_dispatch;
 621         /* time of last rq dispatch in current observation interval (ns) */
 622         u64 last_dispatch;
 623
 624         /* beginning of the last budget */
 625         ktime_t last_budget_start;
 626         /* beginning of the last idle slice */
 627         ktime_t last_idling_start;
 628         unsigned long last_idling_start_jiffies;
 629
 630         /* number of samples in current observation interval */
 631         int peak_rate_samples;
 632         /* num of samples of seq dispatches in current observation interval */
 633         u32 sequential_samples;
 634         /* total num of sectors transferred in current observation interval */
 635         u64 tot_sectors_dispatched;
 636         /* max rq size seen during current observation interval (sectors) */
 637         u32 last_rq_max_size;
 638         /* time elapsed from first dispatch in current observ. interval (us) */
 639         u64 delta_from_first;
 640         /*
 641          * Current estimate of the device peak rate, measured in
 642          * [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT]. The left-shift by
 643          * BFQ_RATE_SHIFT is performed to increase precision in
 644          * fixed-point calculations.
 645          */
 646         u32 peak_rate;
 647
 648         /* maximum budget allotted to a bfq_queue before rescheduling */
 649         int bfq_max_budget;
 650
 651         /* list of all the bfq_queues active on the device */
 652         struct list_head active_list;
 653         /* list of all the bfq_queues idle on the device */
 654         struct list_head idle_list;
 655
 656         /*
 657          * Timeout for async/sync requests; when it fires, requests
 658          * are served in fifo order.
 659          */
 660         u64 bfq_fifo_expire[2];
 661         /* weight of backward seeks wrt forward ones */
 662         unsigned int bfq_back_penalty;
 663         /* maximum allowed backward seek */
 664         unsigned int bfq_back_max;
 665         /* maximum idling time */
 666         u32 bfq_slice_idle;
 667
 668         /* user-configured max budget value (0 for auto-tuning) */
 669         int bfq_user_max_budget;
 670         /*
 671          * Timeout for bfq_queues to consume their budget; used to
 672          * prevent seeky queues from imposing long latencies to
 673          * sequential or quasi-sequential ones (this also implies that
 674          * seeky queues cannot receive guarantees in the service
 675          * domain; after a timeout they are charged for the time they
 676          * have been in service, to preserve fairness among them, but
 677          * without service-domain guarantees).
 678          */
 679         unsigned int bfq_timeout;
 680
 681         /*
 682          * Force device idling whenever needed to provide accurate
 683          * service guarantees, without caring about throughput
 684          * issues. CAVEAT: this may even increase latencies, in case
 685          * of useless idling for processes that did stop doing I/O.
 686          */
 687         bool strict_guarantees;
 688
 689         /*
 690          * Last time at which a queue entered the current burst of
 691          * queues being activated shortly after each other; for more
 692          * details about this and the following parameters related to
 693          * a burst of activations, see the comments on the function
 694          * bfq_handle_burst.
 695          */
 696         unsigned long last_ins_in_burst;
 697         /*
 698          * Reference time interval used to decide whether a queue has
 699          * been activated shortly after @last_ins_in_burst.
 700          */
 701         unsigned long bfq_burst_interval;
 702         /* number of queues in the current burst of queue activations */
 703         int burst_size;
 704
 705         /* common parent entity for the queues in the burst */
 706         struct bfq_entity *burst_parent_entity;
 707         /* Maximum burst size above which the current queue-activation
 708          * burst is deemed as 'large'.
 709          */
 710         unsigned long bfq_large_burst_thresh;
 711         /* true if a large queue-activation burst is in progress */
 712         bool large_burst;
 713         /*
 714          * Head of the burst list (as for the above fields, more
 715          * details in the comments on the function bfq_handle_burst).
 716          */
 717         struct hlist_head burst_list;
 718
 719         /* if set to true, low-latency heuristics are enabled */
 720         bool low_latency;
 721         /*
 722          * Maximum factor by which the weight of a weight-raised queue
 723          * is multiplied.
 724          */
 725         unsigned int bfq_wr_coeff;
 726         /* maximum duration of a weight-raising period (jiffies) */
 727         unsigned int bfq_wr_max_time;
 728
 729         /* Maximum weight-raising duration for soft real-time processes */
 730         unsigned int bfq_wr_rt_max_time;
 731         /*
 732          * Minimum idle period after which weight-raising may be
 733          * reactivated for a queue (in jiffies).
 734          */
 735         unsigned int bfq_wr_min_idle_time;
 736         /*
 737          * Minimum period between request arrivals after which
 738          * weight-raising may be reactivated for an already busy async
 739          * queue (in jiffies).
 740          */
 741         unsigned long bfq_wr_min_inter_arr_async;
 742
 743         /* Max service-rate for a soft real-time queue, in sectors/sec */
 744         unsigned int bfq_wr_max_softrt_rate;
 745         /*
 746          * Cached value of the product ref_rate*ref_wr_duration, used
 747          * for computing the maximum duration of weight raising
 748          * automatically.
 749          */
 750         u64 rate_dur_prod;
 751
 752         /* fallback dummy bfqq for extreme OOM conditions */
 753         struct bfq_queue oom_bfqq;
 754
 755         spinlock_t lock;
 756
 757         /*
 758          * bic associated with the task issuing current bio for
 759          * merging. This and the next field are used as a support to
 760          * be able to perform the bic lookup, needed by bio-merge
 761          * functions, before the scheduler lock is taken, and thus
 762          * avoid taking the request-queue lock while the scheduler
 763          * lock is being held.
 764          */
 765         struct bfq_io_cq *bio_bic;
 766         /* bfqq associated with the task issuing current bio for merging */
 767         struct bfq_queue *bio_bfqq;
 768
 769         /*
 770          * Depth limits used in bfq_limit_depth (see comments on the
 771          * function)
 772          */
 773         unsigned int word_depths[2][2];
 774         unsigned int full_depth_shift;
 775 };
 776
 777 enum bfqq_state_flags {
 778         BFQQF_just_created = 0, /* queue just allocated */
 779         BFQQF_busy,             /* has requests or is in service */
 780         BFQQF_wait_request,     /* waiting for a request */
 781         BFQQF_non_blocking_wait_rq, /*
 782                                      * waiting for a request
 783                                      * without idling the device
 784                                      */
 785         BFQQF_fifo_expire,      /* FIFO checked in this slice */
 786         BFQQF_has_short_ttime,  /* queue has a short think time */
 787         BFQQF_sync,             /* synchronous queue */
 788         BFQQF_IO_bound,         /*
 789                                  * bfqq has timed-out at least once
 790                                  * having consumed at most 2/10 of
 791                                  * its budget
 792                                  */
 793         BFQQF_in_large_burst,   /*
 794                                  * bfqq activated in a large burst,
 795                                  * see comments to bfq_handle_burst.
 796                                  */
 797         BFQQF_softrt_update,    /*
 798                                  * may need softrt-next-start
 799                                  * update
 800                                  */
 801         BFQQF_coop,             /* bfqq is shared */
 802         BFQQF_split_coop,       /* shared bfqq will be split */
 803 };
 804
 805 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
 806 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq);                      \
 807 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq);                     \
 808 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq);
 809
 810 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
 811 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
 812 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
 813 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
 814 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
 815 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
 816 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
 817 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
 818 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
 819 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
 820 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
 821 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
 822 #undef BFQ_BFQQ_FNS
 823
 824 /* Expiration reasons. */
 825 enum bfqq_expiration {
 826         BFQQE_TOO_IDLE = 0,             /*
 827                                          * queue has been idling for
 828                                          * too long
 829                                          */
 830         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT,   /* budget took too long to be used */
 831         BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED, /* budget consumed */
 832         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS, /* the queue has no more requests */
 833         BFQQE_PREEMPTED         /* preemption in progress */
 834 };
 835
 836 struct bfq_stat {
 837         struct percpu_counter           cpu_cnt;
 838         atomic64_t                      aux_cnt;
 839 };
 840
 841 struct bfqg_stats {
 842         /* basic stats */
 843         struct blkg_rwstat              bytes;
 844         struct blkg_rwstat              ios;
 845 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
 846         /* number of ios merged */
 847         struct blkg_rwstat              merged;
 848         /* total time spent on device in ns, may not be accurate w/ queueing */
 849         struct blkg_rwstat              service_time;
 850         /* total time spent waiting in scheduler queue in ns */
 851         struct blkg_rwstat              wait_time;
 852         /* number of IOs queued up */
 853         struct blkg_rwstat              queued;
 854         /* total disk time and nr sectors dispatched by this group */
 855         struct bfq_stat         time;
 856         /* sum of number of ios queued across all samples */
 857         struct bfq_stat         avg_queue_size_sum;
 858         /* count of samples taken for average */
 859         struct bfq_stat         avg_queue_size_samples;
 860         /* how many times this group has been removed from service tree */
 861         struct bfq_stat         dequeue;
 862         /* total time spent waiting for it to be assigned a timeslice. */
 863         struct bfq_stat         group_wait_time;
 864         /* time spent idling for this blkcg_gq */
 865         struct bfq_stat         idle_time;
 866         /* total time with empty current active q with other requests queued */
 867         struct bfq_stat         empty_time;
 868         /* fields after this shouldn't be cleared on stat reset */
 869         u64                             start_group_wait_time;
 870         u64                             start_idle_time;
 871         u64                             start_empty_time;
 872         uint16_t                        flags;
 873 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
 874 };
 875
 876 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
 877
 878 /*
 879  * struct bfq_group_data - per-blkcg storage for the blkio subsystem.
 880  *
 881  * @ps: @blkcg_policy_storage that this structure inherits
 882  * @weight: weight of the bfq_group
 883  */
 884 struct bfq_group_data {
 885         /* must be the first member */
 886         struct blkcg_policy_data pd;
 887
 888         unsigned int weight;
 889 };
 890
 891 /**
 892  * struct bfq_group - per (device, cgroup) data structure.
 893  * @entity: schedulable entity to insert into the parent group sched_data.
 894  * @sched_data: own sched_data, to contain child entities (they may be
 895  *              both bfq_queues and bfq_groups).
 896  * @bfqd: the bfq_data for the device this group acts upon.
 897  * @async_bfqq: array of async queues for all the tasks belonging to
 898  *              the group, one queue per ioprio value per ioprio_class,
 899  *              except for the idle class that has only one queue.
 900  * @async_idle_bfqq: async queue for the idle class (ioprio is ignored).
 901  * @my_entity: pointer to @entity, %NULL for the toplevel group; used
 902  *             to avoid too many special cases during group creation/
 903  *             migration.
 904  * @stats: stats for this bfqg.
 905  * @active_entities: number of active entities belonging to the group;
 906  *                   unused for the root group. Used to know whether there
 907  *                   are groups with more than one active @bfq_entity
 908  *                   (see the comments to the function
 909  *                   bfq_bfqq_may_idle()).
 910  * @rq_pos_tree: rbtree sorted by next_request position, used when
 911  *               determining if two or more queues have interleaving
 912  *               requests (see bfq_find_close_cooperator()).
 913  *
 914  * Each (device, cgroup) pair has its own bfq_group, i.e., for each cgroup
 915  * there is a set of bfq_groups, each one collecting the lower-level
 916  * entities belonging to the group that are acting on the same device.
 917  *
 918  * Locking works as follows:
 919  *    o @bfqd is protected by the queue lock, RCU is used to access it
 920  *      from the readers.
 921  *    o All the other fields are protected by the @bfqd queue lock.
 922  */
 923 struct bfq_group {
 924         /* must be the first member */
 925         struct blkg_policy_data pd;
 926
 927         /* cached path for this blkg (see comments in bfq_bic_update_cgroup) */
 928         char blkg_path[128];
 929
 930         /* reference counter (see comments in bfq_bic_update_cgroup) */
 931         int ref;
 932
 933         struct bfq_entity entity;
 934         struct bfq_sched_data sched_data;
 935
 936         void *bfqd;
 937
 938         struct bfq_queue *async_bfqq[2][IOPRIO_NR_LEVELS];
 939         struct bfq_queue *async_idle_bfqq;
 940
 941         struct bfq_entity *my_entity;
 942
 943         int active_entities;
 944
 945         struct rb_root rq_pos_tree;
 946
 947         struct bfqg_stats stats;
 948 };
 949
 950 #else
 951 struct bfq_group {
 952         struct bfq_entity entity;
 953         struct bfq_sched_data sched_data;
 954
 955         struct bfq_queue *async_bfqq[2][IOPRIO_NR_LEVELS];
 956         struct bfq_queue *async_idle_bfqq;
 957
 958         struct rb_root rq_pos_tree;
 959 };
 960 #endif
 961
 962 /* --------------- main algorithm interface ----------------- */
 963
 964 #define BFQ_SERVICE_TREE_INIT   ((struct bfq_service_tree)              \
 965                                 { RB_ROOT, RB_ROOT, NULL, NULL, 0, 0 })
 966
 967 extern const int bfq_timeout;
 968
 969 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync);
 970 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync);
 971 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic);
 972 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
 973 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
 974                           struct rb_root_cached *root);
 975 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
 976                                struct bfq_queue *bfqq,
 977                                struct rb_root_cached *root);
 978 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
 979                              struct bfq_queue *bfqq);
 980 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
 981                      bool compensate, enum bfqq_expiration reason);
 982 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq);
 983 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg);
 984 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
 985 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd);
 986 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg);
 987
 988 /* ------------ end of main algorithm interface -------------- */
 989
 990 /* ---------------- cgroups-support interface ---------------- */
 991
 992 void bfqg_stats_update_legacy_io(struct request_queue *q, struct request *rq);
 993 void bfqg_stats_update_io_add(struct bfq_group *bfqg, struct bfq_queue *bfqq,
 994                               unsigned int op);
 995 void bfqg_stats_update_io_remove(struct bfq_group *bfqg, unsigned int op);
 996 void bfqg_stats_update_io_merged(struct bfq_group *bfqg, unsigned int op);
 997 void bfqg_stats_update_completion(struct bfq_group *bfqg, u64 start_time_ns,
 998                                   u64 io_start_time_ns, unsigned int op);
 999 void bfqg_stats_update_dequeue(struct bfq_group *bfqg);
1000 void bfqg_stats_set_start_empty_time(struct bfq_group *bfqg);
1001 void bfqg_stats_update_idle_time(struct bfq_group *bfqg);
1002 void bfqg_stats_set_start_idle_time(struct bfq_group *bfqg);
1003 void bfqg_stats_update_avg_queue_size(struct bfq_group *bfqg);
1004 void bfq_bfqq_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1005                    struct bfq_group *bfqg);
1006
1007 void bfq_init_entity(struct bfq_entity *entity, struct bfq_group *bfqg);
1008 void bfq_bic_update_cgroup(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio);
1009 void bfq_end_wr_async(struct bfq_data *bfqd);
1010 struct bfq_group *bfq_find_set_group(struct bfq_data *bfqd,
1011                                      struct blkcg *blkcg);
1012 struct blkcg_gq *bfqg_to_blkg(struct bfq_group *bfqg);
1013 struct bfq_group *bfqq_group(struct bfq_queue *bfqq);
1014 struct bfq_group *bfq_create_group_hierarchy(struct bfq_data *bfqd, int node);
1015 void bfqg_and_blkg_put(struct bfq_group *bfqg);
1016
1017 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1018 extern struct cftype bfq_blkcg_legacy_files[];
1019 extern struct cftype bfq_blkg_files[];
1020 extern struct blkcg_policy blkcg_policy_bfq;
1021 #endif
1022
1023 /* ------------- end of cgroups-support interface ------------- */
1024
1025 /* - interface of the internal hierarchical B-WF2Q+ scheduler - */
1026
1027 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1028 /* both next loops stop at one of the child entities of the root group */
1029 #define for_each_entity(entity) \
1030         for (; entity ; entity = entity->parent)
1031
1032 /*
1033  * For each iteration, compute parent in advance, so as to be safe if
1034  * entity is deallocated during the iteration. Such a deallocation may
1035  * happen as a consequence of a bfq_put_queue that frees the bfq_queue
1036  * containing entity.
1037  */
1038 #define for_each_entity_safe(entity, parent) \
1039         for (; entity && ({ parent = entity->parent; 1; }); entity = parent)
1040
1041 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1042 /*
1043  * Next two macros are fake loops when cgroups support is not
1044  * enabled. I fact, in such a case, there is only one level to go up
1045  * (to reach the root group).
1046  */
1047 #define for_each_entity(entity) \
1048         for (; entity ; entity = NULL)
1049
1050 #define for_each_entity_safe(entity, parent) \
1051         for (parent = NULL; entity ; entity = parent)
1052 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1053
1054 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq);
1055 struct bfq_queue *bfq_entity_to_bfqq(struct bfq_entity *entity);
1056 unsigned int bfq_tot_busy_queues(struct bfq_data *bfqd);
1057 struct bfq_service_tree *bfq_entity_service_tree(struct bfq_entity *entity);
1058 struct bfq_entity *bfq_entity_of(struct rb_node *node);
1059 unsigned short bfq_ioprio_to_weight(int ioprio);
1060 void bfq_put_idle_entity(struct bfq_service_tree *st,
1061                          struct bfq_entity *entity);
1062 struct bfq_service_tree *
1063 __bfq_entity_update_weight_prio(struct bfq_service_tree *old_st,
1064                                 struct bfq_entity *entity,
1065                                 bool update_class_too);
1066 void bfq_bfqq_served(struct bfq_queue *bfqq, int served);
1067 void bfq_bfqq_charge_time(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1068                           unsigned long time_ms);
1069 bool __bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity,
1070                              bool ins_into_idle_tree);
1071 bool next_queue_may_preempt(struct bfq_data *bfqd);
1072 struct bfq_queue *bfq_get_next_queue(struct bfq_data *bfqd);
1073 bool __bfq_bfqd_reset_in_service(struct bfq_data *bfqd);
1074 void bfq_deactivate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1075                          bool ins_into_idle_tree, bool expiration);
1076 void bfq_activate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
1077 void bfq_requeue_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1078                       bool expiration);
1079 void bfq_del_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1080                        bool expiration);
1081 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq);
1082
1083 /* --------------- end of interface of B-WF2Q+ ---------------- */
1084
1085 /* Logging facilities. */
1086 static inline void bfq_bfqq_name(struct bfq_queue *bfqq, char *str, int len)
1087 {
1088         char type = bfq_bfqq_sync(bfqq) ? 'S' : 'A';
1089
1090         if (bfqq->pid != -1)
1091                 snprintf(str, len, "bfq%d%c", bfqq->pid, type);
1092         else
1093                 snprintf(str, len, "bfqSHARED-%c", type);
1094 }
1095
1096 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1097 struct bfq_group *bfqq_group(struct bfq_queue *bfqq);
1098
1099 #define bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, fmt, args...)  do {                    \
1100         char pid_str[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];                             \
1101         if (likely(!blk_trace_note_message_enabled((bfqd)->queue)))     \
1102                 break;                                                  \
1103         bfq_bfqq_name((bfqq), pid_str, MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);           \
1104         blk_add_cgroup_trace_msg((bfqd)->queue,                         \
1105                         bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg,          \
1106                         "%s " fmt, pid_str, ##args);                    \
1107 } while (0)
1108
1109 #define bfq_log_bfqg(bfqd, bfqg, fmt, args...)  do {                    \
1110         blk_add_cgroup_trace_msg((bfqd)->queue,                         \
1111                 bfqg_to_blkg(bfqg)->blkcg, fmt, ##args);                \
1112 } while (0)
1113
1114 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1115
1116 #define bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, fmt, args...) do {     \
1117         char pid_str[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];                             \
1118         if (likely(!blk_trace_note_message_enabled((bfqd)->queue)))     \
1119                 break;                                                  \
1120         bfq_bfqq_name((bfqq), pid_str, MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);           \
1121         blk_add_trace_msg((bfqd)->queue, "%s " fmt, pid_str, ##args);   \
1122 } while (0)
1123 #define bfq_log_bfqg(bfqd, bfqg, fmt, args...)          do {} while (0)
1124
1125 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
1126
1127 #define bfq_log(bfqd, fmt, args...) \
1128         blk_add_trace_msg((bfqd)->queue, "bfq " fmt, ##args)
1129
1130 #endif /* _BFQ_H */