perf test: Fix bpf test sample mismatch reporting
[linux-2.6-microblaze.git] / block / blk-flush.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Functions to sequence PREFLUSH and FUA writes.
4  *
5  * Copyright (C) 2011           Max Planck Institute for Gravitational Physics
6  * Copyright (C) 2011           Tejun Heo <tj@kernel.org>
7  *
8  * REQ_{PREFLUSH|FUA} requests are decomposed to sequences consisted of three
9  * optional steps - PREFLUSH, DATA and POSTFLUSH - according to the request
10  * properties and hardware capability.
11  *
12  * If a request doesn't have data, only REQ_PREFLUSH makes sense, which
13  * indicates a simple flush request.  If there is data, REQ_PREFLUSH indicates
14  * that the device cache should be flushed before the data is executed, and
15  * REQ_FUA means that the data must be on non-volatile media on request
16  * completion.
17  *
18  * If the device doesn't have writeback cache, PREFLUSH and FUA don't make any
19  * difference.  The requests are either completed immediately if there's no data
20  * or executed as normal requests otherwise.
21  *
22  * If the device has writeback cache and supports FUA, REQ_PREFLUSH is
23  * translated to PREFLUSH but REQ_FUA is passed down directly with DATA.
24  *
25  * If the device has writeback cache and doesn't support FUA, REQ_PREFLUSH
26  * is translated to PREFLUSH and REQ_FUA to POSTFLUSH.
27  *
28  * The actual execution of flush is double buffered.  Whenever a request
29  * needs to execute PRE or POSTFLUSH, it queues at
30  * fq->flush_queue[fq->flush_pending_idx].  Once certain criteria are met, a
31  * REQ_OP_FLUSH is issued and the pending_idx is toggled.  When the flush
32  * completes, all the requests which were pending are proceeded to the next
33  * step.  This allows arbitrary merging of different types of PREFLUSH/FUA
34  * requests.
35  *
36  * Currently, the following conditions are used to determine when to issue
37  * flush.
38  *
39  * C1. At any given time, only one flush shall be in progress.  This makes
40  *     double buffering sufficient.
41  *
42  * C2. Flush is deferred if any request is executing DATA of its sequence.
43  *     This avoids issuing separate POSTFLUSHes for requests which shared
44  *     PREFLUSH.
45  *
46  * C3. The second condition is ignored if there is a request which has
47  *     waited longer than FLUSH_PENDING_TIMEOUT.  This is to avoid
48  *     starvation in the unlikely case where there are continuous stream of
49  *     FUA (without PREFLUSH) requests.
50  *
51  * For devices which support FUA, it isn't clear whether C2 (and thus C3)
52  * is beneficial.
53  *
54  * Note that a sequenced PREFLUSH/FUA request with DATA is completed twice.
55  * Once while executing DATA and again after the whole sequence is
56  * complete.  The first completion updates the contained bio but doesn't
57  * finish it so that the bio submitter is notified only after the whole
58  * sequence is complete.  This is implemented by testing RQF_FLUSH_SEQ in
59  * req_bio_endio().
60  *
61  * The above peculiarity requires that each PREFLUSH/FUA request has only one
62  * bio attached to it, which is guaranteed as they aren't allowed to be
63  * merged in the usual way.
64  */
65
66 #include <linux/kernel.h>
67 #include <linux/module.h>
68 #include <linux/bio.h>
69 #include <linux/blkdev.h>
70 #include <linux/gfp.h>
71 #include <linux/blk-mq.h>
72
73 #include "blk.h"
74 #include "blk-mq.h"
75 #include "blk-mq-tag.h"
76 #include "blk-mq-sched.h"
77
78 /* PREFLUSH/FUA sequences */
79 enum {
80         REQ_FSEQ_PREFLUSH       = (1 << 0), /* pre-flushing in progress */
81         REQ_FSEQ_DATA           = (1 << 1), /* data write in progress */
82         REQ_FSEQ_POSTFLUSH      = (1 << 2), /* post-flushing in progress */
83         REQ_FSEQ_DONE           = (1 << 3),
84
85         REQ_FSEQ_ACTIONS        = REQ_FSEQ_PREFLUSH | REQ_FSEQ_DATA |
86                                   REQ_FSEQ_POSTFLUSH,
87
88         /*
89          * If flush has been pending longer than the following timeout,
90          * it's issued even if flush_data requests are still in flight.
91          */
92         FLUSH_PENDING_TIMEOUT   = 5 * HZ,
93 };
94
95 static void blk_kick_flush(struct request_queue *q,
96                            struct blk_flush_queue *fq, unsigned int flags);
97
98 static unsigned int blk_flush_policy(unsigned long fflags, struct request *rq)
99 {
100         unsigned int policy = 0;
101
102         if (blk_rq_sectors(rq))
103                 policy |= REQ_FSEQ_DATA;
104
105         if (fflags & (1UL << QUEUE_FLAG_WC)) {
106                 if (rq->cmd_flags & REQ_PREFLUSH)
107                         policy |= REQ_FSEQ_PREFLUSH;
108                 if (!(fflags & (1UL << QUEUE_FLAG_FUA)) &&
109                     (rq->cmd_flags & REQ_FUA))
110                         policy |= REQ_FSEQ_POSTFLUSH;
111         }
112         return policy;
113 }
114
115 static unsigned int blk_flush_cur_seq(struct request *rq)
116 {
117         return 1 << ffz(rq->flush.seq);
118 }
119
120 static void blk_flush_restore_request(struct request *rq)
121 {
122         /*
123          * After flush data completion, @rq->bio is %NULL but we need to
124          * complete the bio again.  @rq->biotail is guaranteed to equal the
125          * original @rq->bio.  Restore it.
126          */
127         rq->bio = rq->biotail;
128
129         /* make @rq a normal request */
130         rq->rq_flags &= ~RQF_FLUSH_SEQ;
131         rq->end_io = rq->flush.saved_end_io;
132 }
133
134 static void blk_flush_queue_rq(struct request *rq, bool add_front)
135 {
136         blk_mq_add_to_requeue_list(rq, add_front, true);
137 }
138
139 static void blk_account_io_flush(struct request *rq)
140 {
141         struct block_device *part = rq->rq_disk->part0;
142
143         part_stat_lock();
144         part_stat_inc(part, ios[STAT_FLUSH]);
145         part_stat_add(part, nsecs[STAT_FLUSH],
146                       ktime_get_ns() - rq->start_time_ns);
147         part_stat_unlock();
148 }
149
150 /**
151  * blk_flush_complete_seq - complete flush sequence
152  * @rq: PREFLUSH/FUA request being sequenced
153  * @fq: flush queue
154  * @seq: sequences to complete (mask of %REQ_FSEQ_*, can be zero)
155  * @error: whether an error occurred
156  *
157  * @rq just completed @seq part of its flush sequence, record the
158  * completion and trigger the next step.
159  *
160  * CONTEXT:
161  * spin_lock_irq(fq->mq_flush_lock)
162  */
163 static void blk_flush_complete_seq(struct request *rq,
164                                    struct blk_flush_queue *fq,
165                                    unsigned int seq, blk_status_t error)
166 {
167         struct request_queue *q = rq->q;
168         struct list_head *pending = &fq->flush_queue[fq->flush_pending_idx];
169         unsigned int cmd_flags;
170
171         BUG_ON(rq->flush.seq & seq);
172         rq->flush.seq |= seq;
173         cmd_flags = rq->cmd_flags;
174
175         if (likely(!error))
176                 seq = blk_flush_cur_seq(rq);
177         else
178                 seq = REQ_FSEQ_DONE;
179
180         switch (seq) {
181         case REQ_FSEQ_PREFLUSH:
182         case REQ_FSEQ_POSTFLUSH:
183                 /* queue for flush */
184                 if (list_empty(pending))
185                         fq->flush_pending_since = jiffies;
186                 list_move_tail(&rq->flush.list, pending);
187                 break;
188
189         case REQ_FSEQ_DATA:
190                 list_move_tail(&rq->flush.list, &fq->flush_data_in_flight);
191                 blk_flush_queue_rq(rq, true);
192                 break;
193
194         case REQ_FSEQ_DONE:
195                 /*
196                  * @rq was previously adjusted by blk_insert_flush() for
197                  * flush sequencing and may already have gone through the
198                  * flush data request completion path.  Restore @rq for
199                  * normal completion and end it.
200                  */
201                 BUG_ON(!list_empty(&rq->queuelist));
202                 list_del_init(&rq->flush.list);
203                 blk_flush_restore_request(rq);
204                 blk_mq_end_request(rq, error);
205                 break;
206
207         default:
208                 BUG();
209         }
210
211         blk_kick_flush(q, fq, cmd_flags);
212 }
213
214 static void flush_end_io(struct request *flush_rq, blk_status_t error)
215 {
216         struct request_queue *q = flush_rq->q;
217         struct list_head *running;
218         struct request *rq, *n;
219         unsigned long flags = 0;
220         struct blk_flush_queue *fq = blk_get_flush_queue(q, flush_rq->mq_ctx);
221
222         /* release the tag's ownership to the req cloned from */
223         spin_lock_irqsave(&fq->mq_flush_lock, flags);
224
225         if (!refcount_dec_and_test(&flush_rq->ref)) {
226                 fq->rq_status = error;
227                 spin_unlock_irqrestore(&fq->mq_flush_lock, flags);
228                 return;
229         }
230
231         blk_account_io_flush(flush_rq);
232         /*
233          * Flush request has to be marked as IDLE when it is really ended
234          * because its .end_io() is called from timeout code path too for
235          * avoiding use-after-free.
236          */
237         WRITE_ONCE(flush_rq->state, MQ_RQ_IDLE);
238         if (fq->rq_status != BLK_STS_OK)
239                 error = fq->rq_status;
240
241         if (!q->elevator) {
242                 flush_rq->tag = BLK_MQ_NO_TAG;
243         } else {
244                 blk_mq_put_driver_tag(flush_rq);
245                 flush_rq->internal_tag = BLK_MQ_NO_TAG;
246         }
247
248         running = &fq->flush_queue[fq->flush_running_idx];
249         BUG_ON(fq->flush_pending_idx == fq->flush_running_idx);
250
251         /* account completion of the flush request */
252         fq->flush_running_idx ^= 1;
253
254         /* and push the waiting requests to the next stage */
255         list_for_each_entry_safe(rq, n, running, flush.list) {
256                 unsigned int seq = blk_flush_cur_seq(rq);
257
258                 BUG_ON(seq != REQ_FSEQ_PREFLUSH && seq != REQ_FSEQ_POSTFLUSH);
259                 blk_flush_complete_seq(rq, fq, seq, error);
260         }
261
262         spin_unlock_irqrestore(&fq->mq_flush_lock, flags);
263 }
264
265 bool is_flush_rq(struct request *rq)
266 {
267         return rq->end_io == flush_end_io;
268 }
269
270 /**
271  * blk_kick_flush - consider issuing flush request
272  * @q: request_queue being kicked
273  * @fq: flush queue
274  * @flags: cmd_flags of the original request
275  *
276  * Flush related states of @q have changed, consider issuing flush request.
277  * Please read the comment at the top of this file for more info.
278  *
279  * CONTEXT:
280  * spin_lock_irq(fq->mq_flush_lock)
281  *
282  */
283 static void blk_kick_flush(struct request_queue *q, struct blk_flush_queue *fq,
284                            unsigned int flags)
285 {
286         struct list_head *pending = &fq->flush_queue[fq->flush_pending_idx];
287         struct request *first_rq =
288                 list_first_entry(pending, struct request, flush.list);
289         struct request *flush_rq = fq->flush_rq;
290
291         /* C1 described at the top of this file */
292         if (fq->flush_pending_idx != fq->flush_running_idx || list_empty(pending))
293                 return;
294
295         /* C2 and C3 */
296         if (!list_empty(&fq->flush_data_in_flight) &&
297             time_before(jiffies,
298                         fq->flush_pending_since + FLUSH_PENDING_TIMEOUT))
299                 return;
300
301         /*
302          * Issue flush and toggle pending_idx.  This makes pending_idx
303          * different from running_idx, which means flush is in flight.
304          */
305         fq->flush_pending_idx ^= 1;
306
307         blk_rq_init(q, flush_rq);
308
309         /*
310          * In case of none scheduler, borrow tag from the first request
311          * since they can't be in flight at the same time. And acquire
312          * the tag's ownership for flush req.
313          *
314          * In case of IO scheduler, flush rq need to borrow scheduler tag
315          * just for cheating put/get driver tag.
316          */
317         flush_rq->mq_ctx = first_rq->mq_ctx;
318         flush_rq->mq_hctx = first_rq->mq_hctx;
319
320         if (!q->elevator) {
321                 flush_rq->tag = first_rq->tag;
322
323                 /*
324                  * We borrow data request's driver tag, so have to mark
325                  * this flush request as INFLIGHT for avoiding double
326                  * account of this driver tag
327                  */
328                 flush_rq->rq_flags |= RQF_MQ_INFLIGHT;
329         } else
330                 flush_rq->internal_tag = first_rq->internal_tag;
331
332         flush_rq->cmd_flags = REQ_OP_FLUSH | REQ_PREFLUSH;
333         flush_rq->cmd_flags |= (flags & REQ_DRV) | (flags & REQ_FAILFAST_MASK);
334         flush_rq->rq_flags |= RQF_FLUSH_SEQ;
335         flush_rq->rq_disk = first_rq->rq_disk;
336         flush_rq->end_io = flush_end_io;
337         /*
338          * Order WRITE ->end_io and WRITE rq->ref, and its pair is the one
339          * implied in refcount_inc_not_zero() called from
340          * blk_mq_find_and_get_req(), which orders WRITE/READ flush_rq->ref
341          * and READ flush_rq->end_io
342          */
343         smp_wmb();
344         refcount_set(&flush_rq->ref, 1);
345
346         blk_flush_queue_rq(flush_rq, false);
347 }
348
349 static void mq_flush_data_end_io(struct request *rq, blk_status_t error)
350 {
351         struct request_queue *q = rq->q;
352         struct blk_mq_hw_ctx *hctx = rq->mq_hctx;
353         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx;
354         unsigned long flags;
355         struct blk_flush_queue *fq = blk_get_flush_queue(q, ctx);
356
357         if (q->elevator) {
358                 WARN_ON(rq->tag < 0);
359                 blk_mq_put_driver_tag(rq);
360         }
361
362         /*
363          * After populating an empty queue, kick it to avoid stall.  Read
364          * the comment in flush_end_io().
365          */
366         spin_lock_irqsave(&fq->mq_flush_lock, flags);
367         blk_flush_complete_seq(rq, fq, REQ_FSEQ_DATA, error);
368         spin_unlock_irqrestore(&fq->mq_flush_lock, flags);
369
370         blk_mq_sched_restart(hctx);
371 }
372
373 /**
374  * blk_insert_flush - insert a new PREFLUSH/FUA request
375  * @rq: request to insert
376  *
377  * To be called from __elv_add_request() for %ELEVATOR_INSERT_FLUSH insertions.
378  * or __blk_mq_run_hw_queue() to dispatch request.
379  * @rq is being submitted.  Analyze what needs to be done and put it on the
380  * right queue.
381  */
382 void blk_insert_flush(struct request *rq)
383 {
384         struct request_queue *q = rq->q;
385         unsigned long fflags = q->queue_flags;  /* may change, cache */
386         unsigned int policy = blk_flush_policy(fflags, rq);
387         struct blk_flush_queue *fq = blk_get_flush_queue(q, rq->mq_ctx);
388
389         /*
390          * @policy now records what operations need to be done.  Adjust
391          * REQ_PREFLUSH and FUA for the driver.
392          */
393         rq->cmd_flags &= ~REQ_PREFLUSH;
394         if (!(fflags & (1UL << QUEUE_FLAG_FUA)))
395                 rq->cmd_flags &= ~REQ_FUA;
396
397         /*
398          * REQ_PREFLUSH|REQ_FUA implies REQ_SYNC, so if we clear any
399          * of those flags, we have to set REQ_SYNC to avoid skewing
400          * the request accounting.
401          */
402         rq->cmd_flags |= REQ_SYNC;
403
404         /*
405          * An empty flush handed down from a stacking driver may
406          * translate into nothing if the underlying device does not
407          * advertise a write-back cache.  In this case, simply
408          * complete the request.
409          */
410         if (!policy) {
411                 blk_mq_end_request(rq, 0);
412                 return;
413         }
414
415         BUG_ON(rq->bio != rq->biotail); /*assumes zero or single bio rq */
416
417         /*
418          * If there's data but flush is not necessary, the request can be
419          * processed directly without going through flush machinery.  Queue
420          * for normal execution.
421          */
422         if ((policy & REQ_FSEQ_DATA) &&
423             !(policy & (REQ_FSEQ_PREFLUSH | REQ_FSEQ_POSTFLUSH))) {
424                 blk_mq_request_bypass_insert(rq, false, false);
425                 return;
426         }
427
428         /*
429          * @rq should go through flush machinery.  Mark it part of flush
430          * sequence and submit for further processing.
431          */
432         memset(&rq->flush, 0, sizeof(rq->flush));
433         INIT_LIST_HEAD(&rq->flush.list);
434         rq->rq_flags |= RQF_FLUSH_SEQ;
435         rq->flush.saved_end_io = rq->end_io; /* Usually NULL */
436
437         rq->end_io = mq_flush_data_end_io;
438
439         spin_lock_irq(&fq->mq_flush_lock);
440         blk_flush_complete_seq(rq, fq, REQ_FSEQ_ACTIONS & ~policy, 0);
441         spin_unlock_irq(&fq->mq_flush_lock);
442 }
443
444 /**
445  * blkdev_issue_flush - queue a flush
446  * @bdev:       blockdev to issue flush for
447  *
448  * Description:
449  *    Issue a flush for the block device in question.
450  */
451 int blkdev_issue_flush(struct block_device *bdev)
452 {
453         struct bio bio;
454
455         bio_init(&bio, NULL, 0);
456         bio_set_dev(&bio, bdev);
457         bio.bi_opf = REQ_OP_WRITE | REQ_PREFLUSH;
458         return submit_bio_wait(&bio);
459 }
460 EXPORT_SYMBOL(blkdev_issue_flush);
461
462 struct blk_flush_queue *blk_alloc_flush_queue(int node, int cmd_size,
463                                               gfp_t flags)
464 {
465         struct blk_flush_queue *fq;
466         int rq_sz = sizeof(struct request);
467
468         fq = kzalloc_node(sizeof(*fq), flags, node);
469         if (!fq)
470                 goto fail;
471
472         spin_lock_init(&fq->mq_flush_lock);
473
474         rq_sz = round_up(rq_sz + cmd_size, cache_line_size());
475         fq->flush_rq = kzalloc_node(rq_sz, flags, node);
476         if (!fq->flush_rq)
477                 goto fail_rq;
478
479         INIT_LIST_HEAD(&fq->flush_queue[0]);
480         INIT_LIST_HEAD(&fq->flush_queue[1]);
481         INIT_LIST_HEAD(&fq->flush_data_in_flight);
482
483         return fq;
484
485  fail_rq:
486         kfree(fq);
487  fail:
488         return NULL;
489 }
490
491 void blk_free_flush_queue(struct blk_flush_queue *fq)
492 {
493         /* bio based request queue hasn't flush queue */
494         if (!fq)
495                 return;
496
497         kfree(fq->flush_rq);
498         kfree(fq);
499 }
500
501 /*
502  * Allow driver to set its own lock class to fq->mq_flush_lock for
503  * avoiding lockdep complaint.
504  *
505  * flush_end_io() may be called recursively from some driver, such as
506  * nvme-loop, so lockdep may complain 'possible recursive locking' because
507  * all 'struct blk_flush_queue' instance share same mq_flush_lock lock class
508  * key. We need to assign different lock class for these driver's
509  * fq->mq_flush_lock for avoiding the lockdep warning.
510  *
511  * Use dynamically allocated lock class key for each 'blk_flush_queue'
512  * instance is over-kill, and more worse it introduces horrible boot delay
513  * issue because synchronize_rcu() is implied in lockdep_unregister_key which
514  * is called for each hctx release. SCSI probing may synchronously create and
515  * destroy lots of MQ request_queues for non-existent devices, and some robot
516  * test kernel always enable lockdep option. It is observed that more than half
517  * an hour is taken during SCSI MQ probe with per-fq lock class.
518  */
519 void blk_mq_hctx_set_fq_lock_class(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
520                 struct lock_class_key *key)
521 {
522         lockdep_set_class(&hctx->fq->mq_flush_lock, key);
523 }
524 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_hctx_set_fq_lock_class);