Merge tag 'rtc-4.19' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/abelloni/linux
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-wf2q.c
1 /*
2  * Hierarchical Budget Worst-case Fair Weighted Fair Queueing
3  * (B-WF2Q+): hierarchical scheduling algorithm by which the BFQ I/O
4  * scheduler schedules generic entities. The latter can represent
5  * either single bfq queues (associated with processes) or groups of
6  * bfq queues (associated with cgroups).
7  *
8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
9  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
10  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
11  *  License, or (at your option) any later version.
12  *
13  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  *  General Public License for more details.
17  */
18 #include "bfq-iosched.h"
19
20 /**
21  * bfq_gt - compare two timestamps.
22  * @a: first ts.
23  * @b: second ts.
24  *
25  * Return @a > @b, dealing with wrapping correctly.
26  */
27 static int bfq_gt(u64 a, u64 b)
28 {
29         return (s64)(a - b) > 0;
30 }
31
32 static struct bfq_entity *bfq_root_active_entity(struct rb_root *tree)
33 {
34         struct rb_node *node = tree->rb_node;
35
36         return rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
37 }
38
39 static unsigned int bfq_class_idx(struct bfq_entity *entity)
40 {
41         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
42
43         return bfqq ? bfqq->ioprio_class - 1 :
44                 BFQ_DEFAULT_GRP_CLASS - 1;
45 }
46
47 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
48                                                  bool expiration);
49
50 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service);
51
52 /**
53  * bfq_update_next_in_service - update sd->next_in_service
54  * @sd: sched_data for which to perform the update.
55  * @new_entity: if not NULL, pointer to the entity whose activation,
56  *              requeueing or repositionig triggered the invocation of
57  *              this function.
58  * @expiration: id true, this function is being invoked after the
59  *             expiration of the in-service entity
60  *
61  * This function is called to update sd->next_in_service, which, in
62  * its turn, may change as a consequence of the insertion or
63  * extraction of an entity into/from one of the active trees of
64  * sd. These insertions/extractions occur as a consequence of
65  * activations/deactivations of entities, with some activations being
66  * 'true' activations, and other activations being requeueings (i.e.,
67  * implementing the second, requeueing phase of the mechanism used to
68  * reposition an entity in its active tree; see comments on
69  * __bfq_activate_entity and __bfq_requeue_entity for details). In
70  * both the last two activation sub-cases, new_entity points to the
71  * just activated or requeued entity.
72  *
73  * Returns true if sd->next_in_service changes in such a way that
74  * entity->parent may become the next_in_service for its parent
75  * entity.
76  */
77 static bool bfq_update_next_in_service(struct bfq_sched_data *sd,
78                                        struct bfq_entity *new_entity,
79                                        bool expiration)
80 {
81         struct bfq_entity *next_in_service = sd->next_in_service;
82         bool parent_sched_may_change = false;
83         bool change_without_lookup = false;
84
85         /*
86          * If this update is triggered by the activation, requeueing
87          * or repositiong of an entity that does not coincide with
88          * sd->next_in_service, then a full lookup in the active tree
89          * can be avoided. In fact, it is enough to check whether the
90          * just-modified entity has the same priority as
91          * sd->next_in_service, is eligible and has a lower virtual
92          * finish time than sd->next_in_service. If this compound
93          * condition holds, then the new entity becomes the new
94          * next_in_service. Otherwise no change is needed.
95          */
96         if (new_entity && new_entity != sd->next_in_service) {
97                 /*
98                  * Flag used to decide whether to replace
99                  * sd->next_in_service with new_entity. Tentatively
100                  * set to true, and left as true if
101                  * sd->next_in_service is NULL.
102                  */
103                 change_without_lookup = true;
104
105                 /*
106                  * If there is already a next_in_service candidate
107                  * entity, then compare timestamps to decide whether
108                  * to replace sd->service_tree with new_entity.
109                  */
110                 if (next_in_service) {
111                         unsigned int new_entity_class_idx =
112                                 bfq_class_idx(new_entity);
113                         struct bfq_service_tree *st =
114                                 sd->service_tree + new_entity_class_idx;
115
116                         change_without_lookup =
117                                 (new_entity_class_idx ==
118                                  bfq_class_idx(next_in_service)
119                                  &&
120                                  !bfq_gt(new_entity->start, st->vtime)
121                                  &&
122                                  bfq_gt(next_in_service->finish,
123                                         new_entity->finish));
124                 }
125
126                 if (change_without_lookup)
127                         next_in_service = new_entity;
128         }
129
130         if (!change_without_lookup) /* lookup needed */
131                 next_in_service = bfq_lookup_next_entity(sd, expiration);
132
133         if (next_in_service)
134                 parent_sched_may_change = !sd->next_in_service ||
135                         bfq_update_parent_budget(next_in_service);
136
137         sd->next_in_service = next_in_service;
138
139         if (!next_in_service)
140                 return parent_sched_may_change;
141
142         return parent_sched_may_change;
143 }
144
145 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
146
147 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq)
148 {
149         struct bfq_entity *group_entity = bfqq->entity.parent;
150
151         if (!group_entity)
152                 group_entity = &bfqq->bfqd->root_group->entity;
153
154         return container_of(group_entity, struct bfq_group, entity);
155 }
156
157 /*
158  * Returns true if this budget changes may let next_in_service->parent
159  * become the next_in_service entity for its parent entity.
160  */
161 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
162 {
163         struct bfq_entity *bfqg_entity;
164         struct bfq_group *bfqg;
165         struct bfq_sched_data *group_sd;
166         bool ret = false;
167
168         group_sd = next_in_service->sched_data;
169
170         bfqg = container_of(group_sd, struct bfq_group, sched_data);
171         /*
172          * bfq_group's my_entity field is not NULL only if the group
173          * is not the root group. We must not touch the root entity
174          * as it must never become an in-service entity.
175          */
176         bfqg_entity = bfqg->my_entity;
177         if (bfqg_entity) {
178                 if (bfqg_entity->budget > next_in_service->budget)
179                         ret = true;
180                 bfqg_entity->budget = next_in_service->budget;
181         }
182
183         return ret;
184 }
185
186 /*
187  * This function tells whether entity stops being a candidate for next
188  * service, according to the restrictive definition of the field
189  * next_in_service. In particular, this function is invoked for an
190  * entity that is about to be set in service.
191  *
192  * If entity is a queue, then the entity is no longer a candidate for
193  * next service according to the that definition, because entity is
194  * about to become the in-service queue. This function then returns
195  * true if entity is a queue.
196  *
197  * In contrast, entity could still be a candidate for next service if
198  * it is not a queue, and has more than one active child. In fact,
199  * even if one of its children is about to be set in service, other
200  * active children may still be the next to serve, for the parent
201  * entity, even according to the above definition. As a consequence, a
202  * non-queue entity is not a candidate for next-service only if it has
203  * only one active child. And only if this condition holds, then this
204  * function returns true for a non-queue entity.
205  */
206 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
207 {
208         struct bfq_group *bfqg;
209
210         if (bfq_entity_to_bfqq(entity))
211                 return true;
212
213         bfqg = container_of(entity, struct bfq_group, entity);
214
215         /*
216          * The field active_entities does not always contain the
217          * actual number of active children entities: it happens to
218          * not account for the in-service entity in case the latter is
219          * removed from its active tree (which may get done after
220          * invoking the function bfq_no_longer_next_in_service in
221          * bfq_get_next_queue). Fortunately, here, i.e., while
222          * bfq_no_longer_next_in_service is not yet completed in
223          * bfq_get_next_queue, bfq_active_extract has not yet been
224          * invoked, and thus active_entities still coincides with the
225          * actual number of active entities.
226          */
227         if (bfqg->active_entities == 1)
228                 return true;
229
230         return false;
231 }
232
233 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
234
235 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq)
236 {
237         return bfqq->bfqd->root_group;
238 }
239
240 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
241 {
242         return false;
243 }
244
245 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
246 {
247         return true;
248 }
249
250 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
251
252 /*
253  * Shift for timestamp calculations.  This actually limits the maximum
254  * service allowed in one timestamp delta (small shift values increase it),
255  * the maximum total weight that can be used for the queues in the system
256  * (big shift values increase it), and the period of virtual time
257  * wraparounds.
258  */
259 #define WFQ_SERVICE_SHIFT       22
260
261 struct bfq_queue *bfq_entity_to_bfqq(struct bfq_entity *entity)
262 {
263         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
264
265         if (!entity->my_sched_data)
266                 bfqq = container_of(entity, struct bfq_queue, entity);
267
268         return bfqq;
269 }
270
271
272 /**
273  * bfq_delta - map service into the virtual time domain.
274  * @service: amount of service.
275  * @weight: scale factor (weight of an entity or weight sum).
276  */
277 static u64 bfq_delta(unsigned long service, unsigned long weight)
278 {
279         u64 d = (u64)service << WFQ_SERVICE_SHIFT;
280
281         do_div(d, weight);
282         return d;
283 }
284
285 /**
286  * bfq_calc_finish - assign the finish time to an entity.
287  * @entity: the entity to act upon.
288  * @service: the service to be charged to the entity.
289  */
290 static void bfq_calc_finish(struct bfq_entity *entity, unsigned long service)
291 {
292         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
293
294         entity->finish = entity->start +
295                 bfq_delta(service, entity->weight);
296
297         if (bfqq) {
298                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
299                         "calc_finish: serv %lu, w %d",
300                         service, entity->weight);
301                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
302                         "calc_finish: start %llu, finish %llu, delta %llu",
303                         entity->start, entity->finish,
304                         bfq_delta(service, entity->weight));
305         }
306 }
307
308 /**
309  * bfq_entity_of - get an entity from a node.
310  * @node: the node field of the entity.
311  *
312  * Convert a node pointer to the relative entity.  This is used only
313  * to simplify the logic of some functions and not as the generic
314  * conversion mechanism because, e.g., in the tree walking functions,
315  * the check for a %NULL value would be redundant.
316  */
317 struct bfq_entity *bfq_entity_of(struct rb_node *node)
318 {
319         struct bfq_entity *entity = NULL;
320
321         if (node)
322                 entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
323
324         return entity;
325 }
326
327 /**
328  * bfq_extract - remove an entity from a tree.
329  * @root: the tree root.
330  * @entity: the entity to remove.
331  */
332 static void bfq_extract(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
333 {
334         entity->tree = NULL;
335         rb_erase(&entity->rb_node, root);
336 }
337
338 /**
339  * bfq_idle_extract - extract an entity from the idle tree.
340  * @st: the service tree of the owning @entity.
341  * @entity: the entity being removed.
342  */
343 static void bfq_idle_extract(struct bfq_service_tree *st,
344                              struct bfq_entity *entity)
345 {
346         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
347         struct rb_node *next;
348
349         if (entity == st->first_idle) {
350                 next = rb_next(&entity->rb_node);
351                 st->first_idle = bfq_entity_of(next);
352         }
353
354         if (entity == st->last_idle) {
355                 next = rb_prev(&entity->rb_node);
356                 st->last_idle = bfq_entity_of(next);
357         }
358
359         bfq_extract(&st->idle, entity);
360
361         if (bfqq)
362                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
363 }
364
365 /**
366  * bfq_insert - generic tree insertion.
367  * @root: tree root.
368  * @entity: entity to insert.
369  *
370  * This is used for the idle and the active tree, since they are both
371  * ordered by finish time.
372  */
373 static void bfq_insert(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
374 {
375         struct bfq_entity *entry;
376         struct rb_node **node = &root->rb_node;
377         struct rb_node *parent = NULL;
378
379         while (*node) {
380                 parent = *node;
381                 entry = rb_entry(parent, struct bfq_entity, rb_node);
382
383                 if (bfq_gt(entry->finish, entity->finish))
384                         node = &parent->rb_left;
385                 else
386                         node = &parent->rb_right;
387         }
388
389         rb_link_node(&entity->rb_node, parent, node);
390         rb_insert_color(&entity->rb_node, root);
391
392         entity->tree = root;
393 }
394
395 /**
396  * bfq_update_min - update the min_start field of a entity.
397  * @entity: the entity to update.
398  * @node: one of its children.
399  *
400  * This function is called when @entity may store an invalid value for
401  * min_start due to updates to the active tree.  The function  assumes
402  * that the subtree rooted at @node (which may be its left or its right
403  * child) has a valid min_start value.
404  */
405 static void bfq_update_min(struct bfq_entity *entity, struct rb_node *node)
406 {
407         struct bfq_entity *child;
408
409         if (node) {
410                 child = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
411                 if (bfq_gt(entity->min_start, child->min_start))
412                         entity->min_start = child->min_start;
413         }
414 }
415
416 /**
417  * bfq_update_active_node - recalculate min_start.
418  * @node: the node to update.
419  *
420  * @node may have changed position or one of its children may have moved,
421  * this function updates its min_start value.  The left and right subtrees
422  * are assumed to hold a correct min_start value.
423  */
424 static void bfq_update_active_node(struct rb_node *node)
425 {
426         struct bfq_entity *entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
427
428         entity->min_start = entity->start;
429         bfq_update_min(entity, node->rb_right);
430         bfq_update_min(entity, node->rb_left);
431 }
432
433 /**
434  * bfq_update_active_tree - update min_start for the whole active tree.
435  * @node: the starting node.
436  *
437  * @node must be the deepest modified node after an update.  This function
438  * updates its min_start using the values held by its children, assuming
439  * that they did not change, and then updates all the nodes that may have
440  * changed in the path to the root.  The only nodes that may have changed
441  * are the ones in the path or their siblings.
442  */
443 static void bfq_update_active_tree(struct rb_node *node)
444 {
445         struct rb_node *parent;
446
447 up:
448         bfq_update_active_node(node);
449
450         parent = rb_parent(node);
451         if (!parent)
452                 return;
453
454         if (node == parent->rb_left && parent->rb_right)
455                 bfq_update_active_node(parent->rb_right);
456         else if (parent->rb_left)
457                 bfq_update_active_node(parent->rb_left);
458
459         node = parent;
460         goto up;
461 }
462
463 /**
464  * bfq_active_insert - insert an entity in the active tree of its
465  *                     group/device.
466  * @st: the service tree of the entity.
467  * @entity: the entity being inserted.
468  *
469  * The active tree is ordered by finish time, but an extra key is kept
470  * per each node, containing the minimum value for the start times of
471  * its children (and the node itself), so it's possible to search for
472  * the eligible node with the lowest finish time in logarithmic time.
473  */
474 static void bfq_active_insert(struct bfq_service_tree *st,
475                               struct bfq_entity *entity)
476 {
477         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
478         struct rb_node *node = &entity->rb_node;
479 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
480         struct bfq_sched_data *sd = NULL;
481         struct bfq_group *bfqg = NULL;
482         struct bfq_data *bfqd = NULL;
483 #endif
484
485         bfq_insert(&st->active, entity);
486
487         if (node->rb_left)
488                 node = node->rb_left;
489         else if (node->rb_right)
490                 node = node->rb_right;
491
492         bfq_update_active_tree(node);
493
494 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
495         sd = entity->sched_data;
496         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
497         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
498 #endif
499         if (bfqq)
500                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->active_list);
501 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
502         if (bfqg != bfqd->root_group)
503                 bfqg->active_entities++;
504 #endif
505 }
506
507 /**
508  * bfq_ioprio_to_weight - calc a weight from an ioprio.
509  * @ioprio: the ioprio value to convert.
510  */
511 unsigned short bfq_ioprio_to_weight(int ioprio)
512 {
513         return (IOPRIO_BE_NR - ioprio) * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF;
514 }
515
516 /**
517  * bfq_weight_to_ioprio - calc an ioprio from a weight.
518  * @weight: the weight value to convert.
519  *
520  * To preserve as much as possible the old only-ioprio user interface,
521  * 0 is used as an escape ioprio value for weights (numerically) equal or
522  * larger than IOPRIO_BE_NR * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF.
523  */
524 static unsigned short bfq_weight_to_ioprio(int weight)
525 {
526         return max_t(int, 0,
527                      IOPRIO_BE_NR * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF - weight);
528 }
529
530 static void bfq_get_entity(struct bfq_entity *entity)
531 {
532         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
533
534         if (bfqq) {
535                 bfqq->ref++;
536                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "get_entity: %p %d",
537                              bfqq, bfqq->ref);
538         }
539 }
540
541 /**
542  * bfq_find_deepest - find the deepest node that an extraction can modify.
543  * @node: the node being removed.
544  *
545  * Do the first step of an extraction in an rb tree, looking for the
546  * node that will replace @node, and returning the deepest node that
547  * the following modifications to the tree can touch.  If @node is the
548  * last node in the tree return %NULL.
549  */
550 static struct rb_node *bfq_find_deepest(struct rb_node *node)
551 {
552         struct rb_node *deepest;
553
554         if (!node->rb_right && !node->rb_left)
555                 deepest = rb_parent(node);
556         else if (!node->rb_right)
557                 deepest = node->rb_left;
558         else if (!node->rb_left)
559                 deepest = node->rb_right;
560         else {
561                 deepest = rb_next(node);
562                 if (deepest->rb_right)
563                         deepest = deepest->rb_right;
564                 else if (rb_parent(deepest) != node)
565                         deepest = rb_parent(deepest);
566         }
567
568         return deepest;
569 }
570
571 /**
572  * bfq_active_extract - remove an entity from the active tree.
573  * @st: the service_tree containing the tree.
574  * @entity: the entity being removed.
575  */
576 static void bfq_active_extract(struct bfq_service_tree *st,
577                                struct bfq_entity *entity)
578 {
579         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
580         struct rb_node *node;
581 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
582         struct bfq_sched_data *sd = NULL;
583         struct bfq_group *bfqg = NULL;
584         struct bfq_data *bfqd = NULL;
585 #endif
586
587         node = bfq_find_deepest(&entity->rb_node);
588         bfq_extract(&st->active, entity);
589
590         if (node)
591                 bfq_update_active_tree(node);
592
593 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
594         sd = entity->sched_data;
595         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
596         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
597 #endif
598         if (bfqq)
599                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
600 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
601         if (bfqg != bfqd->root_group)
602                 bfqg->active_entities--;
603 #endif
604 }
605
606 /**
607  * bfq_idle_insert - insert an entity into the idle tree.
608  * @st: the service tree containing the tree.
609  * @entity: the entity to insert.
610  */
611 static void bfq_idle_insert(struct bfq_service_tree *st,
612                             struct bfq_entity *entity)
613 {
614         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
615         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
616         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
617
618         if (!first_idle || bfq_gt(first_idle->finish, entity->finish))
619                 st->first_idle = entity;
620         if (!last_idle || bfq_gt(entity->finish, last_idle->finish))
621                 st->last_idle = entity;
622
623         bfq_insert(&st->idle, entity);
624
625         if (bfqq)
626                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->idle_list);
627 }
628
629 /**
630  * bfq_forget_entity - do not consider entity any longer for scheduling
631  * @st: the service tree.
632  * @entity: the entity being removed.
633  * @is_in_service: true if entity is currently the in-service entity.
634  *
635  * Forget everything about @entity. In addition, if entity represents
636  * a queue, and the latter is not in service, then release the service
637  * reference to the queue (the one taken through bfq_get_entity). In
638  * fact, in this case, there is really no more service reference to
639  * the queue, as the latter is also outside any service tree. If,
640  * instead, the queue is in service, then __bfq_bfqd_reset_in_service
641  * will take care of putting the reference when the queue finally
642  * stops being served.
643  */
644 static void bfq_forget_entity(struct bfq_service_tree *st,
645                               struct bfq_entity *entity,
646                               bool is_in_service)
647 {
648         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
649
650         entity->on_st = false;
651         st->wsum -= entity->weight;
652         if (bfqq && !is_in_service)
653                 bfq_put_queue(bfqq);
654 }
655
656 /**
657  * bfq_put_idle_entity - release the idle tree ref of an entity.
658  * @st: service tree for the entity.
659  * @entity: the entity being released.
660  */
661 void bfq_put_idle_entity(struct bfq_service_tree *st, struct bfq_entity *entity)
662 {
663         bfq_idle_extract(st, entity);
664         bfq_forget_entity(st, entity,
665                           entity == entity->sched_data->in_service_entity);
666 }
667
668 /**
669  * bfq_forget_idle - update the idle tree if necessary.
670  * @st: the service tree to act upon.
671  *
672  * To preserve the global O(log N) complexity we only remove one entry here;
673  * as the idle tree will not grow indefinitely this can be done safely.
674  */
675 static void bfq_forget_idle(struct bfq_service_tree *st)
676 {
677         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
678         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
679
680         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active) && last_idle &&
681             !bfq_gt(last_idle->finish, st->vtime)) {
682                 /*
683                  * Forget the whole idle tree, increasing the vtime past
684                  * the last finish time of idle entities.
685                  */
686                 st->vtime = last_idle->finish;
687         }
688
689         if (first_idle && !bfq_gt(first_idle->finish, st->vtime))
690                 bfq_put_idle_entity(st, first_idle);
691 }
692
693 struct bfq_service_tree *bfq_entity_service_tree(struct bfq_entity *entity)
694 {
695         struct bfq_sched_data *sched_data = entity->sched_data;
696         unsigned int idx = bfq_class_idx(entity);
697
698         return sched_data->service_tree + idx;
699 }
700
701 /*
702  * Update weight and priority of entity. If update_class_too is true,
703  * then update the ioprio_class of entity too.
704  *
705  * The reason why the update of ioprio_class is controlled through the
706  * last parameter is as follows. Changing the ioprio class of an
707  * entity implies changing the destination service trees for that
708  * entity. If such a change occurred when the entity is already on one
709  * of the service trees for its previous class, then the state of the
710  * entity would become more complex: none of the new possible service
711  * trees for the entity, according to bfq_entity_service_tree(), would
712  * match any of the possible service trees on which the entity
713  * is. Complex operations involving these trees, such as entity
714  * activations and deactivations, should take into account this
715  * additional complexity.  To avoid this issue, this function is
716  * invoked with update_class_too unset in the points in the code where
717  * entity may happen to be on some tree.
718  */
719 struct bfq_service_tree *
720 __bfq_entity_update_weight_prio(struct bfq_service_tree *old_st,
721                                 struct bfq_entity *entity,
722                                 bool update_class_too)
723 {
724         struct bfq_service_tree *new_st = old_st;
725
726         if (entity->prio_changed) {
727                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
728                 unsigned int prev_weight, new_weight;
729                 struct bfq_data *bfqd = NULL;
730                 struct rb_root *root;
731 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
732                 struct bfq_sched_data *sd;
733                 struct bfq_group *bfqg;
734 #endif
735
736                 if (bfqq)
737                         bfqd = bfqq->bfqd;
738 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
739                 else {
740                         sd = entity->my_sched_data;
741                         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
742                         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
743                 }
744 #endif
745
746                 old_st->wsum -= entity->weight;
747
748                 if (entity->new_weight != entity->orig_weight) {
749                         if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT ||
750                             entity->new_weight > BFQ_MAX_WEIGHT) {
751                                 pr_crit("update_weight_prio: new_weight %d\n",
752                                         entity->new_weight);
753                                 if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT)
754                                         entity->new_weight = BFQ_MIN_WEIGHT;
755                                 else
756                                         entity->new_weight = BFQ_MAX_WEIGHT;
757                         }
758                         entity->orig_weight = entity->new_weight;
759                         if (bfqq)
760                                 bfqq->ioprio =
761                                   bfq_weight_to_ioprio(entity->orig_weight);
762                 }
763
764                 if (bfqq && update_class_too)
765                         bfqq->ioprio_class = bfqq->new_ioprio_class;
766
767                 /*
768                  * Reset prio_changed only if the ioprio_class change
769                  * is not pending any longer.
770                  */
771                 if (!bfqq || bfqq->ioprio_class == bfqq->new_ioprio_class)
772                         entity->prio_changed = 0;
773
774                 /*
775                  * NOTE: here we may be changing the weight too early,
776                  * this will cause unfairness.  The correct approach
777                  * would have required additional complexity to defer
778                  * weight changes to the proper time instants (i.e.,
779                  * when entity->finish <= old_st->vtime).
780                  */
781                 new_st = bfq_entity_service_tree(entity);
782
783                 prev_weight = entity->weight;
784                 new_weight = entity->orig_weight *
785                              (bfqq ? bfqq->wr_coeff : 1);
786                 /*
787                  * If the weight of the entity changes, remove the entity
788                  * from its old weight counter (if there is a counter
789                  * associated with the entity), and add it to the counter
790                  * associated with its new weight.
791                  */
792                 if (prev_weight != new_weight) {
793                         root = bfqq ? &bfqd->queue_weights_tree :
794                                       &bfqd->group_weights_tree;
795                         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, entity, root);
796                 }
797                 entity->weight = new_weight;
798                 /*
799                  * Add the entity to its weights tree only if it is
800                  * not associated with a weight-raised queue.
801                  */
802                 if (prev_weight != new_weight &&
803                     (bfqq ? bfqq->wr_coeff == 1 : 1))
804                         /* If we get here, root has been initialized. */
805                         bfq_weights_tree_add(bfqd, entity, root);
806
807                 new_st->wsum += entity->weight;
808
809                 if (new_st != old_st)
810                         entity->start = new_st->vtime;
811         }
812
813         return new_st;
814 }
815
816 /**
817  * bfq_bfqq_served - update the scheduler status after selection for
818  *                   service.
819  * @bfqq: the queue being served.
820  * @served: bytes to transfer.
821  *
822  * NOTE: this can be optimized, as the timestamps of upper level entities
823  * are synchronized every time a new bfqq is selected for service.  By now,
824  * we keep it to better check consistency.
825  */
826 void bfq_bfqq_served(struct bfq_queue *bfqq, int served)
827 {
828         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
829         struct bfq_service_tree *st;
830
831         if (!bfqq->service_from_backlogged)
832                 bfqq->first_IO_time = jiffies;
833
834         if (bfqq->wr_coeff > 1)
835                 bfqq->service_from_wr += served;
836
837         bfqq->service_from_backlogged += served;
838         for_each_entity(entity) {
839                 st = bfq_entity_service_tree(entity);
840
841                 entity->service += served;
842
843                 st->vtime += bfq_delta(served, st->wsum);
844                 bfq_forget_idle(st);
845         }
846         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "bfqq_served %d secs", served);
847 }
848
849 /**
850  * bfq_bfqq_charge_time - charge an amount of service equivalent to the length
851  *                        of the time interval during which bfqq has been in
852  *                        service.
853  * @bfqd: the device
854  * @bfqq: the queue that needs a service update.
855  * @time_ms: the amount of time during which the queue has received service
856  *
857  * If a queue does not consume its budget fast enough, then providing
858  * the queue with service fairness may impair throughput, more or less
859  * severely. For this reason, queues that consume their budget slowly
860  * are provided with time fairness instead of service fairness. This
861  * goal is achieved through the BFQ scheduling engine, even if such an
862  * engine works in the service, and not in the time domain. The trick
863  * is charging these queues with an inflated amount of service, equal
864  * to the amount of service that they would have received during their
865  * service slot if they had been fast, i.e., if their requests had
866  * been dispatched at a rate equal to the estimated peak rate.
867  *
868  * It is worth noting that time fairness can cause important
869  * distortions in terms of bandwidth distribution, on devices with
870  * internal queueing. The reason is that I/O requests dispatched
871  * during the service slot of a queue may be served after that service
872  * slot is finished, and may have a total processing time loosely
873  * correlated with the duration of the service slot. This is
874  * especially true for short service slots.
875  */
876 void bfq_bfqq_charge_time(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
877                           unsigned long time_ms)
878 {
879         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
880         int tot_serv_to_charge = entity->service;
881         unsigned int timeout_ms = jiffies_to_msecs(bfq_timeout);
882
883         if (time_ms > 0 && time_ms < timeout_ms)
884                 tot_serv_to_charge =
885                         (bfqd->bfq_max_budget * time_ms) / timeout_ms;
886
887         if (tot_serv_to_charge < entity->service)
888                 tot_serv_to_charge = entity->service;
889
890         /* Increase budget to avoid inconsistencies */
891         if (tot_serv_to_charge > entity->budget)
892                 entity->budget = tot_serv_to_charge;
893
894         bfq_bfqq_served(bfqq,
895                         max_t(int, 0, tot_serv_to_charge - entity->service));
896 }
897
898 static void bfq_update_fin_time_enqueue(struct bfq_entity *entity,
899                                         struct bfq_service_tree *st,
900                                         bool backshifted)
901 {
902         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
903
904         /*
905          * When this function is invoked, entity is not in any service
906          * tree, then it is safe to invoke next function with the last
907          * parameter set (see the comments on the function).
908          */
909         st = __bfq_entity_update_weight_prio(st, entity, true);
910         bfq_calc_finish(entity, entity->budget);
911
912         /*
913          * If some queues enjoy backshifting for a while, then their
914          * (virtual) finish timestamps may happen to become lower and
915          * lower than the system virtual time.  In particular, if
916          * these queues often happen to be idle for short time
917          * periods, and during such time periods other queues with
918          * higher timestamps happen to be busy, then the backshifted
919          * timestamps of the former queues can become much lower than
920          * the system virtual time. In fact, to serve the queues with
921          * higher timestamps while the ones with lower timestamps are
922          * idle, the system virtual time may be pushed-up to much
923          * higher values than the finish timestamps of the idle
924          * queues. As a consequence, the finish timestamps of all new
925          * or newly activated queues may end up being much larger than
926          * those of lucky queues with backshifted timestamps. The
927          * latter queues may then monopolize the device for a lot of
928          * time. This would simply break service guarantees.
929          *
930          * To reduce this problem, push up a little bit the
931          * backshifted timestamps of the queue associated with this
932          * entity (only a queue can happen to have the backshifted
933          * flag set): just enough to let the finish timestamp of the
934          * queue be equal to the current value of the system virtual
935          * time. This may introduce a little unfairness among queues
936          * with backshifted timestamps, but it does not break
937          * worst-case fairness guarantees.
938          *
939          * As a special case, if bfqq is weight-raised, push up
940          * timestamps much less, to keep very low the probability that
941          * this push up causes the backshifted finish timestamps of
942          * weight-raised queues to become higher than the backshifted
943          * finish timestamps of non weight-raised queues.
944          */
945         if (backshifted && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
946                 unsigned long delta = st->vtime - entity->finish;
947
948                 if (bfqq)
949                         delta /= bfqq->wr_coeff;
950
951                 entity->start += delta;
952                 entity->finish += delta;
953         }
954
955         bfq_active_insert(st, entity);
956 }
957
958 /**
959  * __bfq_activate_entity - handle activation of entity.
960  * @entity: the entity being activated.
961  * @non_blocking_wait_rq: true if entity was waiting for a request
962  *
963  * Called for a 'true' activation, i.e., if entity is not active and
964  * one of its children receives a new request.
965  *
966  * Basically, this function updates the timestamps of entity and
967  * inserts entity into its active tree, after possibly extracting it
968  * from its idle tree.
969  */
970 static void __bfq_activate_entity(struct bfq_entity *entity,
971                                   bool non_blocking_wait_rq)
972 {
973         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
974         bool backshifted = false;
975         unsigned long long min_vstart;
976
977         /* See comments on bfq_fqq_update_budg_for_activation */
978         if (non_blocking_wait_rq && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
979                 backshifted = true;
980                 min_vstart = entity->finish;
981         } else
982                 min_vstart = st->vtime;
983
984         if (entity->tree == &st->idle) {
985                 /*
986                  * Must be on the idle tree, bfq_idle_extract() will
987                  * check for that.
988                  */
989                 bfq_idle_extract(st, entity);
990                 entity->start = bfq_gt(min_vstart, entity->finish) ?
991                         min_vstart : entity->finish;
992         } else {
993                 /*
994                  * The finish time of the entity may be invalid, and
995                  * it is in the past for sure, otherwise the queue
996                  * would have been on the idle tree.
997                  */
998                 entity->start = min_vstart;
999                 st->wsum += entity->weight;
1000                 /*
1001                  * entity is about to be inserted into a service tree,
1002                  * and then set in service: get a reference to make
1003                  * sure entity does not disappear until it is no
1004                  * longer in service or scheduled for service.
1005                  */
1006                 bfq_get_entity(entity);
1007
1008                 entity->on_st = true;
1009         }
1010
1011 #ifdef BFQ_GROUP_IOSCHED_ENABLED
1012         if (!bfq_entity_to_bfqq(entity)) { /* bfq_group */
1013                 struct bfq_group *bfqg =
1014                         container_of(entity, struct bfq_group, entity);
1015
1016                 bfq_weights_tree_add(bfqg->bfqd, entity,
1017                                      &bfqd->group_weights_tree);
1018         }
1019 #endif
1020
1021         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, backshifted);
1022 }
1023
1024 /**
1025  * __bfq_requeue_entity - handle requeueing or repositioning of an entity.
1026  * @entity: the entity being requeued or repositioned.
1027  *
1028  * Requeueing is needed if this entity stops being served, which
1029  * happens if a leaf descendant entity has expired. On the other hand,
1030  * repositioning is needed if the next_inservice_entity for the child
1031  * entity has changed. See the comments inside the function for
1032  * details.
1033  *
1034  * Basically, this function: 1) removes entity from its active tree if
1035  * present there, 2) updates the timestamps of entity and 3) inserts
1036  * entity back into its active tree (in the new, right position for
1037  * the new values of the timestamps).
1038  */
1039 static void __bfq_requeue_entity(struct bfq_entity *entity)
1040 {
1041         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1042         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1043
1044         if (entity == sd->in_service_entity) {
1045                 /*
1046                  * We are requeueing the current in-service entity,
1047                  * which may have to be done for one of the following
1048                  * reasons:
1049                  * - entity represents the in-service queue, and the
1050                  *   in-service queue is being requeued after an
1051                  *   expiration;
1052                  * - entity represents a group, and its budget has
1053                  *   changed because one of its child entities has
1054                  *   just been either activated or requeued for some
1055                  *   reason; the timestamps of the entity need then to
1056                  *   be updated, and the entity needs to be enqueued
1057                  *   or repositioned accordingly.
1058                  *
1059                  * In particular, before requeueing, the start time of
1060                  * the entity must be moved forward to account for the
1061                  * service that the entity has received while in
1062                  * service. This is done by the next instructions. The
1063                  * finish time will then be updated according to this
1064                  * new value of the start time, and to the budget of
1065                  * the entity.
1066                  */
1067                 bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1068                 entity->start = entity->finish;
1069                 /*
1070                  * In addition, if the entity had more than one child
1071                  * when set in service, then it was not extracted from
1072                  * the active tree. This implies that the position of
1073                  * the entity in the active tree may need to be
1074                  * changed now, because we have just updated the start
1075                  * time of the entity, and we will update its finish
1076                  * time in a moment (the requeueing is then, more
1077                  * precisely, a repositioning in this case). To
1078                  * implement this repositioning, we: 1) dequeue the
1079                  * entity here, 2) update the finish time and requeue
1080                  * the entity according to the new timestamps below.
1081                  */
1082                 if (entity->tree)
1083                         bfq_active_extract(st, entity);
1084         } else { /* The entity is already active, and not in service */
1085                 /*
1086                  * In this case, this function gets called only if the
1087                  * next_in_service entity below this entity has
1088                  * changed, and this change has caused the budget of
1089                  * this entity to change, which, finally implies that
1090                  * the finish time of this entity must be
1091                  * updated. Such an update may cause the scheduling,
1092                  * i.e., the position in the active tree, of this
1093                  * entity to change. We handle this change by: 1)
1094                  * dequeueing the entity here, 2) updating the finish
1095                  * time and requeueing the entity according to the new
1096                  * timestamps below. This is the same approach as the
1097                  * non-extracted-entity sub-case above.
1098                  */
1099                 bfq_active_extract(st, entity);
1100         }
1101
1102         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, false);
1103 }
1104
1105 static void __bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1106                                           struct bfq_sched_data *sd,
1107                                           bool non_blocking_wait_rq)
1108 {
1109         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1110
1111         if (sd->in_service_entity == entity || entity->tree == &st->active)
1112                  /*
1113                   * in service or already queued on the active tree,
1114                   * requeue or reposition
1115                   */
1116                 __bfq_requeue_entity(entity);
1117         else
1118                 /*
1119                  * Not in service and not queued on its active tree:
1120                  * the activity is idle and this is a true activation.
1121                  */
1122                 __bfq_activate_entity(entity, non_blocking_wait_rq);
1123 }
1124
1125
1126 /**
1127  * bfq_activate_requeue_entity - activate or requeue an entity representing a
1128  *                               bfq_queue, and activate, requeue or reposition
1129  *                               all ancestors for which such an update becomes
1130  *                               necessary.
1131  * @entity: the entity to activate.
1132  * @non_blocking_wait_rq: true if this entity was waiting for a request
1133  * @requeue: true if this is a requeue, which implies that bfqq is
1134  *           being expired; thus ALL its ancestors stop being served and must
1135  *           therefore be requeued
1136  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1137  *             of the in-service queue
1138  */
1139 static void bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1140                                         bool non_blocking_wait_rq,
1141                                         bool requeue, bool expiration)
1142 {
1143         struct bfq_sched_data *sd;
1144
1145         for_each_entity(entity) {
1146                 sd = entity->sched_data;
1147                 __bfq_activate_requeue_entity(entity, sd, non_blocking_wait_rq);
1148
1149                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1150                     !requeue)
1151                         break;
1152         }
1153 }
1154
1155 /**
1156  * __bfq_deactivate_entity - deactivate an entity from its service tree.
1157  * @entity: the entity to deactivate.
1158  * @ins_into_idle_tree: if false, the entity will not be put into the
1159  *                      idle tree.
1160  *
1161  * Deactivates an entity, independently of its previous state.  Must
1162  * be invoked only if entity is on a service tree. Extracts the entity
1163  * from that tree, and if necessary and allowed, puts it into the idle
1164  * tree.
1165  */
1166 bool __bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity, bool ins_into_idle_tree)
1167 {
1168         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1169         struct bfq_service_tree *st;
1170         bool is_in_service;
1171
1172         if (!entity->on_st) /* entity never activated, or already inactive */
1173                 return false;
1174
1175         /*
1176          * If we get here, then entity is active, which implies that
1177          * bfq_group_set_parent has already been invoked for the group
1178          * represented by entity. Therefore, the field
1179          * entity->sched_data has been set, and we can safely use it.
1180          */
1181         st = bfq_entity_service_tree(entity);
1182         is_in_service = entity == sd->in_service_entity;
1183
1184         if (is_in_service) {
1185                 bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1186                 sd->in_service_entity = NULL;
1187         }
1188
1189         if (entity->tree == &st->active)
1190                 bfq_active_extract(st, entity);
1191         else if (!is_in_service && entity->tree == &st->idle)
1192                 bfq_idle_extract(st, entity);
1193
1194         if (!ins_into_idle_tree || !bfq_gt(entity->finish, st->vtime))
1195                 bfq_forget_entity(st, entity, is_in_service);
1196         else
1197                 bfq_idle_insert(st, entity);
1198
1199         return true;
1200 }
1201
1202 /**
1203  * bfq_deactivate_entity - deactivate an entity representing a bfq_queue.
1204  * @entity: the entity to deactivate.
1205  * @ins_into_idle_tree: true if the entity can be put into the idle tree
1206  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1207  *             of the in-service queue
1208  */
1209 static void bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity,
1210                                   bool ins_into_idle_tree,
1211                                   bool expiration)
1212 {
1213         struct bfq_sched_data *sd;
1214         struct bfq_entity *parent = NULL;
1215
1216         for_each_entity_safe(entity, parent) {
1217                 sd = entity->sched_data;
1218
1219                 if (!__bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree)) {
1220                         /*
1221                          * entity is not in any tree any more, so
1222                          * this deactivation is a no-op, and there is
1223                          * nothing to change for upper-level entities
1224                          * (in case of expiration, this can never
1225                          * happen).
1226                          */
1227                         return;
1228                 }
1229
1230                 if (sd->next_in_service == entity)
1231                         /*
1232                          * entity was the next_in_service entity,
1233                          * then, since entity has just been
1234                          * deactivated, a new one must be found.
1235                          */
1236                         bfq_update_next_in_service(sd, NULL, expiration);
1237
1238                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
1239                         /*
1240                          * The parent entity is still active, because
1241                          * either next_in_service or in_service_entity
1242                          * is not NULL. So, no further upwards
1243                          * deactivation must be performed.  Yet,
1244                          * next_in_service has changed. Then the
1245                          * schedule does need to be updated upwards.
1246                          *
1247                          * NOTE If in_service_entity is not NULL, then
1248                          * next_in_service may happen to be NULL,
1249                          * although the parent entity is evidently
1250                          * active. This happens if 1) the entity
1251                          * pointed by in_service_entity is the only
1252                          * active entity in the parent entity, and 2)
1253                          * according to the definition of
1254                          * next_in_service, the in_service_entity
1255                          * cannot be considered as
1256                          * next_in_service. See the comments on the
1257                          * definition of next_in_service for details.
1258                          */
1259                         break;
1260                 }
1261
1262                 /*
1263                  * If we get here, then the parent is no more
1264                  * backlogged and we need to propagate the
1265                  * deactivation upwards. Thus let the loop go on.
1266                  */
1267
1268                 /*
1269                  * Also let parent be queued into the idle tree on
1270                  * deactivation, to preserve service guarantees, and
1271                  * assuming that who invoked this function does not
1272                  * need parent entities too to be removed completely.
1273                  */
1274                 ins_into_idle_tree = true;
1275         }
1276
1277         /*
1278          * If the deactivation loop is fully executed, then there are
1279          * no more entities to touch and next loop is not executed at
1280          * all. Otherwise, requeue remaining entities if they are
1281          * about to stop receiving service, or reposition them if this
1282          * is not the case.
1283          */
1284         entity = parent;
1285         for_each_entity(entity) {
1286                 /*
1287                  * Invoke __bfq_requeue_entity on entity, even if
1288                  * already active, to requeue/reposition it in the
1289                  * active tree (because sd->next_in_service has
1290                  * changed)
1291                  */
1292                 __bfq_requeue_entity(entity);
1293
1294                 sd = entity->sched_data;
1295                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1296                     !expiration)
1297                         /*
1298                          * next_in_service unchanged or not causing
1299                          * any change in entity->parent->sd, and no
1300                          * requeueing needed for expiration: stop
1301                          * here.
1302                          */
1303                         break;
1304         }
1305 }
1306
1307 /**
1308  * bfq_calc_vtime_jump - compute the value to which the vtime should jump,
1309  *                       if needed, to have at least one entity eligible.
1310  * @st: the service tree to act upon.
1311  *
1312  * Assumes that st is not empty.
1313  */
1314 static u64 bfq_calc_vtime_jump(struct bfq_service_tree *st)
1315 {
1316         struct bfq_entity *root_entity = bfq_root_active_entity(&st->active);
1317
1318         if (bfq_gt(root_entity->min_start, st->vtime))
1319                 return root_entity->min_start;
1320
1321         return st->vtime;
1322 }
1323
1324 static void bfq_update_vtime(struct bfq_service_tree *st, u64 new_value)
1325 {
1326         if (new_value > st->vtime) {
1327                 st->vtime = new_value;
1328                 bfq_forget_idle(st);
1329         }
1330 }
1331
1332 /**
1333  * bfq_first_active_entity - find the eligible entity with
1334  *                           the smallest finish time
1335  * @st: the service tree to select from.
1336  * @vtime: the system virtual to use as a reference for eligibility
1337  *
1338  * This function searches the first schedulable entity, starting from the
1339  * root of the tree and going on the left every time on this side there is
1340  * a subtree with at least one eligible (start <= vtime) entity. The path on
1341  * the right is followed only if a) the left subtree contains no eligible
1342  * entities and b) no eligible entity has been found yet.
1343  */
1344 static struct bfq_entity *bfq_first_active_entity(struct bfq_service_tree *st,
1345                                                   u64 vtime)
1346 {
1347         struct bfq_entity *entry, *first = NULL;
1348         struct rb_node *node = st->active.rb_node;
1349
1350         while (node) {
1351                 entry = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
1352 left:
1353                 if (!bfq_gt(entry->start, vtime))
1354                         first = entry;
1355
1356                 if (node->rb_left) {
1357                         entry = rb_entry(node->rb_left,
1358                                          struct bfq_entity, rb_node);
1359                         if (!bfq_gt(entry->min_start, vtime)) {
1360                                 node = node->rb_left;
1361                                 goto left;
1362                         }
1363                 }
1364                 if (first)
1365                         break;
1366                 node = node->rb_right;
1367         }
1368
1369         return first;
1370 }
1371
1372 /**
1373  * __bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @st.
1374  * @st: the service tree.
1375  *
1376  * If there is no in-service entity for the sched_data st belongs to,
1377  * then return the entity that will be set in service if:
1378  * 1) the parent entity this st belongs to is set in service;
1379  * 2) no entity belonging to such parent entity undergoes a state change
1380  * that would influence the timestamps of the entity (e.g., becomes idle,
1381  * becomes backlogged, changes its budget, ...).
1382  *
1383  * In this first case, update the virtual time in @st too (see the
1384  * comments on this update inside the function).
1385  *
1386  * In constrast, if there is an in-service entity, then return the
1387  * entity that would be set in service if not only the above
1388  * conditions, but also the next one held true: the currently
1389  * in-service entity, on expiration,
1390  * 1) gets a finish time equal to the current one, or
1391  * 2) is not eligible any more, or
1392  * 3) is idle.
1393  */
1394 static struct bfq_entity *
1395 __bfq_lookup_next_entity(struct bfq_service_tree *st, bool in_service)
1396 {
1397         struct bfq_entity *entity;
1398         u64 new_vtime;
1399
1400         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active))
1401                 return NULL;
1402
1403         /*
1404          * Get the value of the system virtual time for which at
1405          * least one entity is eligible.
1406          */
1407         new_vtime = bfq_calc_vtime_jump(st);
1408
1409         /*
1410          * If there is no in-service entity for the sched_data this
1411          * active tree belongs to, then push the system virtual time
1412          * up to the value that guarantees that at least one entity is
1413          * eligible. If, instead, there is an in-service entity, then
1414          * do not make any such update, because there is already an
1415          * eligible entity, namely the in-service one (even if the
1416          * entity is not on st, because it was extracted when set in
1417          * service).
1418          */
1419         if (!in_service)
1420                 bfq_update_vtime(st, new_vtime);
1421
1422         entity = bfq_first_active_entity(st, new_vtime);
1423
1424         return entity;
1425 }
1426
1427 /**
1428  * bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @sd.
1429  * @sd: the sched_data.
1430  * @expiration: true if we are on the expiration path of the in-service queue
1431  *
1432  * This function is invoked when there has been a change in the trees
1433  * for sd, and we need to know what is the new next entity to serve
1434  * after this change.
1435  */
1436 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
1437                                                  bool expiration)
1438 {
1439         struct bfq_service_tree *st = sd->service_tree;
1440         struct bfq_service_tree *idle_class_st = st + (BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1);
1441         struct bfq_entity *entity = NULL;
1442         int class_idx = 0;
1443
1444         /*
1445          * Choose from idle class, if needed to guarantee a minimum
1446          * bandwidth to this class (and if there is some active entity
1447          * in idle class). This should also mitigate
1448          * priority-inversion problems in case a low priority task is
1449          * holding file system resources.
1450          */
1451         if (time_is_before_jiffies(sd->bfq_class_idle_last_service +
1452                                    BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT)) {
1453                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&idle_class_st->active))
1454                         class_idx = BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1;
1455                 /* About to be served if backlogged, or not yet backlogged */
1456                 sd->bfq_class_idle_last_service = jiffies;
1457         }
1458
1459         /*
1460          * Find the next entity to serve for the highest-priority
1461          * class, unless the idle class needs to be served.
1462          */
1463         for (; class_idx < BFQ_IOPRIO_CLASSES; class_idx++) {
1464                 /*
1465                  * If expiration is true, then bfq_lookup_next_entity
1466                  * is being invoked as a part of the expiration path
1467                  * of the in-service queue. In this case, even if
1468                  * sd->in_service_entity is not NULL,
1469                  * sd->in_service_entiy at this point is actually not
1470                  * in service any more, and, if needed, has already
1471                  * been properly queued or requeued into the right
1472                  * tree. The reason why sd->in_service_entity is still
1473                  * not NULL here, even if expiration is true, is that
1474                  * sd->in_service_entiy is reset as a last step in the
1475                  * expiration path. So, if expiration is true, tell
1476                  * __bfq_lookup_next_entity that there is no
1477                  * sd->in_service_entity.
1478                  */
1479                 entity = __bfq_lookup_next_entity(st + class_idx,
1480                                                   sd->in_service_entity &&
1481                                                   !expiration);
1482
1483                 if (entity)
1484                         break;
1485         }
1486
1487         if (!entity)
1488                 return NULL;
1489
1490         return entity;
1491 }
1492
1493 bool next_queue_may_preempt(struct bfq_data *bfqd)
1494 {
1495         struct bfq_sched_data *sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1496
1497         return sd->next_in_service != sd->in_service_entity;
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Get next queue for service.
1502  */
1503 struct bfq_queue *bfq_get_next_queue(struct bfq_data *bfqd)
1504 {
1505         struct bfq_entity *entity = NULL;
1506         struct bfq_sched_data *sd;
1507         struct bfq_queue *bfqq;
1508
1509         if (bfqd->busy_queues == 0)
1510                 return NULL;
1511
1512         /*
1513          * Traverse the path from the root to the leaf entity to
1514          * serve. Set in service all the entities visited along the
1515          * way.
1516          */
1517         sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1518         for (; sd ; sd = entity->my_sched_data) {
1519                 /*
1520                  * WARNING. We are about to set the in-service entity
1521                  * to sd->next_in_service, i.e., to the (cached) value
1522                  * returned by bfq_lookup_next_entity(sd) the last
1523                  * time it was invoked, i.e., the last time when the
1524                  * service order in sd changed as a consequence of the
1525                  * activation or deactivation of an entity. In this
1526                  * respect, if we execute bfq_lookup_next_entity(sd)
1527                  * in this very moment, it may, although with low
1528                  * probability, yield a different entity than that
1529                  * pointed to by sd->next_in_service. This rare event
1530                  * happens in case there was no CLASS_IDLE entity to
1531                  * serve for sd when bfq_lookup_next_entity(sd) was
1532                  * invoked for the last time, while there is now one
1533                  * such entity.
1534                  *
1535                  * If the above event happens, then the scheduling of
1536                  * such entity in CLASS_IDLE is postponed until the
1537                  * service of the sd->next_in_service entity
1538                  * finishes. In fact, when the latter is expired,
1539                  * bfq_lookup_next_entity(sd) gets called again,
1540                  * exactly to update sd->next_in_service.
1541                  */
1542
1543                 /* Make next_in_service entity become in_service_entity */
1544                 entity = sd->next_in_service;
1545                 sd->in_service_entity = entity;
1546
1547                 /*
1548                  * If entity is no longer a candidate for next
1549                  * service, then it must be extracted from its active
1550                  * tree, so as to make sure that it won't be
1551                  * considered when computing next_in_service. See the
1552                  * comments on the function
1553                  * bfq_no_longer_next_in_service() for details.
1554                  */
1555                 if (bfq_no_longer_next_in_service(entity))
1556                         bfq_active_extract(bfq_entity_service_tree(entity),
1557                                            entity);
1558
1559                 /*
1560                  * Even if entity is not to be extracted according to
1561                  * the above check, a descendant entity may get
1562                  * extracted in one of the next iterations of this
1563                  * loop. Such an event could cause a change in
1564                  * next_in_service for the level of the descendant
1565                  * entity, and thus possibly back to this level.
1566                  *
1567                  * However, we cannot perform the resulting needed
1568                  * update of next_in_service for this level before the
1569                  * end of the whole loop, because, to know which is
1570                  * the correct next-to-serve candidate entity for each
1571                  * level, we need first to find the leaf entity to set
1572                  * in service. In fact, only after we know which is
1573                  * the next-to-serve leaf entity, we can discover
1574                  * whether the parent entity of the leaf entity
1575                  * becomes the next-to-serve, and so on.
1576                  */
1577         }
1578
1579         bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
1580
1581         /*
1582          * We can finally update all next-to-serve entities along the
1583          * path from the leaf entity just set in service to the root.
1584          */
1585         for_each_entity(entity) {
1586                 struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1587
1588                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, NULL, false))
1589                         break;
1590         }
1591
1592         return bfqq;
1593 }
1594
1595 void __bfq_bfqd_reset_in_service(struct bfq_data *bfqd)
1596 {
1597         struct bfq_queue *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1598         struct bfq_entity *in_serv_entity = &in_serv_bfqq->entity;
1599         struct bfq_entity *entity = in_serv_entity;
1600
1601         bfq_clear_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq);
1602         hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
1603         bfqd->in_service_queue = NULL;
1604
1605         /*
1606          * When this function is called, all in-service entities have
1607          * been properly deactivated or requeued, so we can safely
1608          * execute the final step: reset in_service_entity along the
1609          * path from entity to the root.
1610          */
1611         for_each_entity(entity)
1612                 entity->sched_data->in_service_entity = NULL;
1613
1614         /*
1615          * in_serv_entity is no longer in service, so, if it is in no
1616          * service tree either, then release the service reference to
1617          * the queue it represents (taken with bfq_get_entity).
1618          */
1619         if (!in_serv_entity->on_st)
1620                 bfq_put_queue(in_serv_bfqq);
1621 }
1622
1623 void bfq_deactivate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1624                          bool ins_into_idle_tree, bool expiration)
1625 {
1626         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1627
1628         bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree, expiration);
1629 }
1630
1631 void bfq_activate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1632 {
1633         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1634
1635         bfq_activate_requeue_entity(entity, bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq),
1636                                     false, false);
1637         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1638 }
1639
1640 void bfq_requeue_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1641                       bool expiration)
1642 {
1643         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1644
1645         bfq_activate_requeue_entity(entity, false,
1646                                     bfqq == bfqd->in_service_queue, expiration);
1647 }
1648
1649 /*
1650  * Called when the bfqq no longer has requests pending, remove it from
1651  * the service tree. As a special case, it can be invoked during an
1652  * expiration.
1653  */
1654 void bfq_del_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1655                        bool expiration)
1656 {
1657         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "del from busy");
1658
1659         bfq_clear_bfqq_busy(bfqq);
1660
1661         bfqd->busy_queues--;
1662
1663         if (!bfqq->dispatched)
1664                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
1665
1666         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1667                 bfqd->wr_busy_queues--;
1668
1669         bfqg_stats_update_dequeue(bfqq_group(bfqq));
1670
1671         bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, true, expiration);
1672 }
1673
1674 /*
1675  * Called when an inactive queue receives a new request.
1676  */
1677 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1678 {
1679         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add to busy");
1680
1681         bfq_activate_bfqq(bfqd, bfqq);
1682
1683         bfq_mark_bfqq_busy(bfqq);
1684         bfqd->busy_queues++;
1685
1686         if (!bfqq->dispatched)
1687                 if (bfqq->wr_coeff == 1)
1688                         bfq_weights_tree_add(bfqd, &bfqq->entity,
1689                                              &bfqd->queue_weights_tree);
1690
1691         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1692                 bfqd->wr_busy_queues++;
1693 }