Merge tag 'qcom-fixes-for-5.0-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[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                 bool new_budget_triggers_change =
135                         bfq_update_parent_budget(next_in_service);
136
137                 parent_sched_may_change = !sd->next_in_service ||
138                         new_budget_triggers_change;
139         }
140
141         sd->next_in_service = next_in_service;
142
143         if (!next_in_service)
144                 return parent_sched_may_change;
145
146         return parent_sched_may_change;
147 }
148
149 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
150
151 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq)
152 {
153         struct bfq_entity *group_entity = bfqq->entity.parent;
154
155         if (!group_entity)
156                 group_entity = &bfqq->bfqd->root_group->entity;
157
158         return container_of(group_entity, struct bfq_group, entity);
159 }
160
161 /*
162  * Returns true if this budget changes may let next_in_service->parent
163  * become the next_in_service entity for its parent entity.
164  */
165 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
166 {
167         struct bfq_entity *bfqg_entity;
168         struct bfq_group *bfqg;
169         struct bfq_sched_data *group_sd;
170         bool ret = false;
171
172         group_sd = next_in_service->sched_data;
173
174         bfqg = container_of(group_sd, struct bfq_group, sched_data);
175         /*
176          * bfq_group's my_entity field is not NULL only if the group
177          * is not the root group. We must not touch the root entity
178          * as it must never become an in-service entity.
179          */
180         bfqg_entity = bfqg->my_entity;
181         if (bfqg_entity) {
182                 if (bfqg_entity->budget > next_in_service->budget)
183                         ret = true;
184                 bfqg_entity->budget = next_in_service->budget;
185         }
186
187         return ret;
188 }
189
190 /*
191  * This function tells whether entity stops being a candidate for next
192  * service, according to the restrictive definition of the field
193  * next_in_service. In particular, this function is invoked for an
194  * entity that is about to be set in service.
195  *
196  * If entity is a queue, then the entity is no longer a candidate for
197  * next service according to the that definition, because entity is
198  * about to become the in-service queue. This function then returns
199  * true if entity is a queue.
200  *
201  * In contrast, entity could still be a candidate for next service if
202  * it is not a queue, and has more than one active child. In fact,
203  * even if one of its children is about to be set in service, other
204  * active children may still be the next to serve, for the parent
205  * entity, even according to the above definition. As a consequence, a
206  * non-queue entity is not a candidate for next-service only if it has
207  * only one active child. And only if this condition holds, then this
208  * function returns true for a non-queue entity.
209  */
210 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
211 {
212         struct bfq_group *bfqg;
213
214         if (bfq_entity_to_bfqq(entity))
215                 return true;
216
217         bfqg = container_of(entity, struct bfq_group, entity);
218
219         /*
220          * The field active_entities does not always contain the
221          * actual number of active children entities: it happens to
222          * not account for the in-service entity in case the latter is
223          * removed from its active tree (which may get done after
224          * invoking the function bfq_no_longer_next_in_service in
225          * bfq_get_next_queue). Fortunately, here, i.e., while
226          * bfq_no_longer_next_in_service is not yet completed in
227          * bfq_get_next_queue, bfq_active_extract has not yet been
228          * invoked, and thus active_entities still coincides with the
229          * actual number of active entities.
230          */
231         if (bfqg->active_entities == 1)
232                 return true;
233
234         return false;
235 }
236
237 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
238
239 struct bfq_group *bfq_bfqq_to_bfqg(struct bfq_queue *bfqq)
240 {
241         return bfqq->bfqd->root_group;
242 }
243
244 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
245 {
246         return false;
247 }
248
249 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
250 {
251         return true;
252 }
253
254 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
255
256 /*
257  * Shift for timestamp calculations.  This actually limits the maximum
258  * service allowed in one timestamp delta (small shift values increase it),
259  * the maximum total weight that can be used for the queues in the system
260  * (big shift values increase it), and the period of virtual time
261  * wraparounds.
262  */
263 #define WFQ_SERVICE_SHIFT       22
264
265 struct bfq_queue *bfq_entity_to_bfqq(struct bfq_entity *entity)
266 {
267         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
268
269         if (!entity->my_sched_data)
270                 bfqq = container_of(entity, struct bfq_queue, entity);
271
272         return bfqq;
273 }
274
275
276 /**
277  * bfq_delta - map service into the virtual time domain.
278  * @service: amount of service.
279  * @weight: scale factor (weight of an entity or weight sum).
280  */
281 static u64 bfq_delta(unsigned long service, unsigned long weight)
282 {
283         u64 d = (u64)service << WFQ_SERVICE_SHIFT;
284
285         do_div(d, weight);
286         return d;
287 }
288
289 /**
290  * bfq_calc_finish - assign the finish time to an entity.
291  * @entity: the entity to act upon.
292  * @service: the service to be charged to the entity.
293  */
294 static void bfq_calc_finish(struct bfq_entity *entity, unsigned long service)
295 {
296         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
297
298         entity->finish = entity->start +
299                 bfq_delta(service, entity->weight);
300
301         if (bfqq) {
302                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
303                         "calc_finish: serv %lu, w %d",
304                         service, entity->weight);
305                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
306                         "calc_finish: start %llu, finish %llu, delta %llu",
307                         entity->start, entity->finish,
308                         bfq_delta(service, entity->weight));
309         }
310 }
311
312 /**
313  * bfq_entity_of - get an entity from a node.
314  * @node: the node field of the entity.
315  *
316  * Convert a node pointer to the relative entity.  This is used only
317  * to simplify the logic of some functions and not as the generic
318  * conversion mechanism because, e.g., in the tree walking functions,
319  * the check for a %NULL value would be redundant.
320  */
321 struct bfq_entity *bfq_entity_of(struct rb_node *node)
322 {
323         struct bfq_entity *entity = NULL;
324
325         if (node)
326                 entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
327
328         return entity;
329 }
330
331 /**
332  * bfq_extract - remove an entity from a tree.
333  * @root: the tree root.
334  * @entity: the entity to remove.
335  */
336 static void bfq_extract(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
337 {
338         entity->tree = NULL;
339         rb_erase(&entity->rb_node, root);
340 }
341
342 /**
343  * bfq_idle_extract - extract an entity from the idle tree.
344  * @st: the service tree of the owning @entity.
345  * @entity: the entity being removed.
346  */
347 static void bfq_idle_extract(struct bfq_service_tree *st,
348                              struct bfq_entity *entity)
349 {
350         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
351         struct rb_node *next;
352
353         if (entity == st->first_idle) {
354                 next = rb_next(&entity->rb_node);
355                 st->first_idle = bfq_entity_of(next);
356         }
357
358         if (entity == st->last_idle) {
359                 next = rb_prev(&entity->rb_node);
360                 st->last_idle = bfq_entity_of(next);
361         }
362
363         bfq_extract(&st->idle, entity);
364
365         if (bfqq)
366                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
367 }
368
369 /**
370  * bfq_insert - generic tree insertion.
371  * @root: tree root.
372  * @entity: entity to insert.
373  *
374  * This is used for the idle and the active tree, since they are both
375  * ordered by finish time.
376  */
377 static void bfq_insert(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
378 {
379         struct bfq_entity *entry;
380         struct rb_node **node = &root->rb_node;
381         struct rb_node *parent = NULL;
382
383         while (*node) {
384                 parent = *node;
385                 entry = rb_entry(parent, struct bfq_entity, rb_node);
386
387                 if (bfq_gt(entry->finish, entity->finish))
388                         node = &parent->rb_left;
389                 else
390                         node = &parent->rb_right;
391         }
392
393         rb_link_node(&entity->rb_node, parent, node);
394         rb_insert_color(&entity->rb_node, root);
395
396         entity->tree = root;
397 }
398
399 /**
400  * bfq_update_min - update the min_start field of a entity.
401  * @entity: the entity to update.
402  * @node: one of its children.
403  *
404  * This function is called when @entity may store an invalid value for
405  * min_start due to updates to the active tree.  The function  assumes
406  * that the subtree rooted at @node (which may be its left or its right
407  * child) has a valid min_start value.
408  */
409 static void bfq_update_min(struct bfq_entity *entity, struct rb_node *node)
410 {
411         struct bfq_entity *child;
412
413         if (node) {
414                 child = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
415                 if (bfq_gt(entity->min_start, child->min_start))
416                         entity->min_start = child->min_start;
417         }
418 }
419
420 /**
421  * bfq_update_active_node - recalculate min_start.
422  * @node: the node to update.
423  *
424  * @node may have changed position or one of its children may have moved,
425  * this function updates its min_start value.  The left and right subtrees
426  * are assumed to hold a correct min_start value.
427  */
428 static void bfq_update_active_node(struct rb_node *node)
429 {
430         struct bfq_entity *entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
431
432         entity->min_start = entity->start;
433         bfq_update_min(entity, node->rb_right);
434         bfq_update_min(entity, node->rb_left);
435 }
436
437 /**
438  * bfq_update_active_tree - update min_start for the whole active tree.
439  * @node: the starting node.
440  *
441  * @node must be the deepest modified node after an update.  This function
442  * updates its min_start using the values held by its children, assuming
443  * that they did not change, and then updates all the nodes that may have
444  * changed in the path to the root.  The only nodes that may have changed
445  * are the ones in the path or their siblings.
446  */
447 static void bfq_update_active_tree(struct rb_node *node)
448 {
449         struct rb_node *parent;
450
451 up:
452         bfq_update_active_node(node);
453
454         parent = rb_parent(node);
455         if (!parent)
456                 return;
457
458         if (node == parent->rb_left && parent->rb_right)
459                 bfq_update_active_node(parent->rb_right);
460         else if (parent->rb_left)
461                 bfq_update_active_node(parent->rb_left);
462
463         node = parent;
464         goto up;
465 }
466
467 /**
468  * bfq_active_insert - insert an entity in the active tree of its
469  *                     group/device.
470  * @st: the service tree of the entity.
471  * @entity: the entity being inserted.
472  *
473  * The active tree is ordered by finish time, but an extra key is kept
474  * per each node, containing the minimum value for the start times of
475  * its children (and the node itself), so it's possible to search for
476  * the eligible node with the lowest finish time in logarithmic time.
477  */
478 static void bfq_active_insert(struct bfq_service_tree *st,
479                               struct bfq_entity *entity)
480 {
481         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
482         struct rb_node *node = &entity->rb_node;
483 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
484         struct bfq_sched_data *sd = NULL;
485         struct bfq_group *bfqg = NULL;
486         struct bfq_data *bfqd = NULL;
487 #endif
488
489         bfq_insert(&st->active, entity);
490
491         if (node->rb_left)
492                 node = node->rb_left;
493         else if (node->rb_right)
494                 node = node->rb_right;
495
496         bfq_update_active_tree(node);
497
498 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
499         sd = entity->sched_data;
500         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
501         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
502 #endif
503         if (bfqq)
504                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->active_list);
505 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
506         if (bfqg != bfqd->root_group)
507                 bfqg->active_entities++;
508 #endif
509 }
510
511 /**
512  * bfq_ioprio_to_weight - calc a weight from an ioprio.
513  * @ioprio: the ioprio value to convert.
514  */
515 unsigned short bfq_ioprio_to_weight(int ioprio)
516 {
517         return (IOPRIO_BE_NR - ioprio) * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF;
518 }
519
520 /**
521  * bfq_weight_to_ioprio - calc an ioprio from a weight.
522  * @weight: the weight value to convert.
523  *
524  * To preserve as much as possible the old only-ioprio user interface,
525  * 0 is used as an escape ioprio value for weights (numerically) equal or
526  * larger than IOPRIO_BE_NR * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF.
527  */
528 static unsigned short bfq_weight_to_ioprio(int weight)
529 {
530         return max_t(int, 0,
531                      IOPRIO_BE_NR * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF - weight);
532 }
533
534 static void bfq_get_entity(struct bfq_entity *entity)
535 {
536         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
537
538         if (bfqq) {
539                 bfqq->ref++;
540                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "get_entity: %p %d",
541                              bfqq, bfqq->ref);
542         }
543 }
544
545 /**
546  * bfq_find_deepest - find the deepest node that an extraction can modify.
547  * @node: the node being removed.
548  *
549  * Do the first step of an extraction in an rb tree, looking for the
550  * node that will replace @node, and returning the deepest node that
551  * the following modifications to the tree can touch.  If @node is the
552  * last node in the tree return %NULL.
553  */
554 static struct rb_node *bfq_find_deepest(struct rb_node *node)
555 {
556         struct rb_node *deepest;
557
558         if (!node->rb_right && !node->rb_left)
559                 deepest = rb_parent(node);
560         else if (!node->rb_right)
561                 deepest = node->rb_left;
562         else if (!node->rb_left)
563                 deepest = node->rb_right;
564         else {
565                 deepest = rb_next(node);
566                 if (deepest->rb_right)
567                         deepest = deepest->rb_right;
568                 else if (rb_parent(deepest) != node)
569                         deepest = rb_parent(deepest);
570         }
571
572         return deepest;
573 }
574
575 /**
576  * bfq_active_extract - remove an entity from the active tree.
577  * @st: the service_tree containing the tree.
578  * @entity: the entity being removed.
579  */
580 static void bfq_active_extract(struct bfq_service_tree *st,
581                                struct bfq_entity *entity)
582 {
583         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
584         struct rb_node *node;
585 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
586         struct bfq_sched_data *sd = NULL;
587         struct bfq_group *bfqg = NULL;
588         struct bfq_data *bfqd = NULL;
589 #endif
590
591         node = bfq_find_deepest(&entity->rb_node);
592         bfq_extract(&st->active, entity);
593
594         if (node)
595                 bfq_update_active_tree(node);
596
597 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
598         sd = entity->sched_data;
599         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
600         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
601 #endif
602         if (bfqq)
603                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
604 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
605         if (bfqg != bfqd->root_group)
606                 bfqg->active_entities--;
607 #endif
608 }
609
610 /**
611  * bfq_idle_insert - insert an entity into the idle tree.
612  * @st: the service tree containing the tree.
613  * @entity: the entity to insert.
614  */
615 static void bfq_idle_insert(struct bfq_service_tree *st,
616                             struct bfq_entity *entity)
617 {
618         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
619         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
620         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
621
622         if (!first_idle || bfq_gt(first_idle->finish, entity->finish))
623                 st->first_idle = entity;
624         if (!last_idle || bfq_gt(entity->finish, last_idle->finish))
625                 st->last_idle = entity;
626
627         bfq_insert(&st->idle, entity);
628
629         if (bfqq)
630                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->idle_list);
631 }
632
633 /**
634  * bfq_forget_entity - do not consider entity any longer for scheduling
635  * @st: the service tree.
636  * @entity: the entity being removed.
637  * @is_in_service: true if entity is currently the in-service entity.
638  *
639  * Forget everything about @entity. In addition, if entity represents
640  * a queue, and the latter is not in service, then release the service
641  * reference to the queue (the one taken through bfq_get_entity). In
642  * fact, in this case, there is really no more service reference to
643  * the queue, as the latter is also outside any service tree. If,
644  * instead, the queue is in service, then __bfq_bfqd_reset_in_service
645  * will take care of putting the reference when the queue finally
646  * stops being served.
647  */
648 static void bfq_forget_entity(struct bfq_service_tree *st,
649                               struct bfq_entity *entity,
650                               bool is_in_service)
651 {
652         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
653
654         entity->on_st = false;
655         st->wsum -= entity->weight;
656         if (bfqq && !is_in_service)
657                 bfq_put_queue(bfqq);
658 }
659
660 /**
661  * bfq_put_idle_entity - release the idle tree ref of an entity.
662  * @st: service tree for the entity.
663  * @entity: the entity being released.
664  */
665 void bfq_put_idle_entity(struct bfq_service_tree *st, struct bfq_entity *entity)
666 {
667         bfq_idle_extract(st, entity);
668         bfq_forget_entity(st, entity,
669                           entity == entity->sched_data->in_service_entity);
670 }
671
672 /**
673  * bfq_forget_idle - update the idle tree if necessary.
674  * @st: the service tree to act upon.
675  *
676  * To preserve the global O(log N) complexity we only remove one entry here;
677  * as the idle tree will not grow indefinitely this can be done safely.
678  */
679 static void bfq_forget_idle(struct bfq_service_tree *st)
680 {
681         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
682         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
683
684         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active) && last_idle &&
685             !bfq_gt(last_idle->finish, st->vtime)) {
686                 /*
687                  * Forget the whole idle tree, increasing the vtime past
688                  * the last finish time of idle entities.
689                  */
690                 st->vtime = last_idle->finish;
691         }
692
693         if (first_idle && !bfq_gt(first_idle->finish, st->vtime))
694                 bfq_put_idle_entity(st, first_idle);
695 }
696
697 struct bfq_service_tree *bfq_entity_service_tree(struct bfq_entity *entity)
698 {
699         struct bfq_sched_data *sched_data = entity->sched_data;
700         unsigned int idx = bfq_class_idx(entity);
701
702         return sched_data->service_tree + idx;
703 }
704
705 /*
706  * Update weight and priority of entity. If update_class_too is true,
707  * then update the ioprio_class of entity too.
708  *
709  * The reason why the update of ioprio_class is controlled through the
710  * last parameter is as follows. Changing the ioprio class of an
711  * entity implies changing the destination service trees for that
712  * entity. If such a change occurred when the entity is already on one
713  * of the service trees for its previous class, then the state of the
714  * entity would become more complex: none of the new possible service
715  * trees for the entity, according to bfq_entity_service_tree(), would
716  * match any of the possible service trees on which the entity
717  * is. Complex operations involving these trees, such as entity
718  * activations and deactivations, should take into account this
719  * additional complexity.  To avoid this issue, this function is
720  * invoked with update_class_too unset in the points in the code where
721  * entity may happen to be on some tree.
722  */
723 struct bfq_service_tree *
724 __bfq_entity_update_weight_prio(struct bfq_service_tree *old_st,
725                                 struct bfq_entity *entity,
726                                 bool update_class_too)
727 {
728         struct bfq_service_tree *new_st = old_st;
729
730         if (entity->prio_changed) {
731                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
732                 unsigned int prev_weight, new_weight;
733                 struct bfq_data *bfqd = NULL;
734                 struct rb_root *root;
735 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
736                 struct bfq_sched_data *sd;
737                 struct bfq_group *bfqg;
738 #endif
739
740                 if (bfqq)
741                         bfqd = bfqq->bfqd;
742 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
743                 else {
744                         sd = entity->my_sched_data;
745                         bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
746                         bfqd = (struct bfq_data *)bfqg->bfqd;
747                 }
748 #endif
749
750                 old_st->wsum -= entity->weight;
751
752                 if (entity->new_weight != entity->orig_weight) {
753                         if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT ||
754                             entity->new_weight > BFQ_MAX_WEIGHT) {
755                                 pr_crit("update_weight_prio: new_weight %d\n",
756                                         entity->new_weight);
757                                 if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT)
758                                         entity->new_weight = BFQ_MIN_WEIGHT;
759                                 else
760                                         entity->new_weight = BFQ_MAX_WEIGHT;
761                         }
762                         entity->orig_weight = entity->new_weight;
763                         if (bfqq)
764                                 bfqq->ioprio =
765                                   bfq_weight_to_ioprio(entity->orig_weight);
766                 }
767
768                 if (bfqq && update_class_too)
769                         bfqq->ioprio_class = bfqq->new_ioprio_class;
770
771                 /*
772                  * Reset prio_changed only if the ioprio_class change
773                  * is not pending any longer.
774                  */
775                 if (!bfqq || bfqq->ioprio_class == bfqq->new_ioprio_class)
776                         entity->prio_changed = 0;
777
778                 /*
779                  * NOTE: here we may be changing the weight too early,
780                  * this will cause unfairness.  The correct approach
781                  * would have required additional complexity to defer
782                  * weight changes to the proper time instants (i.e.,
783                  * when entity->finish <= old_st->vtime).
784                  */
785                 new_st = bfq_entity_service_tree(entity);
786
787                 prev_weight = entity->weight;
788                 new_weight = entity->orig_weight *
789                              (bfqq ? bfqq->wr_coeff : 1);
790                 /*
791                  * If the weight of the entity changes, and the entity is a
792                  * queue, remove the entity from its old weight counter (if
793                  * there is a counter associated with the entity).
794                  */
795                 if (prev_weight != new_weight && bfqq) {
796                         root = &bfqd->queue_weights_tree;
797                         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq, root);
798                 }
799                 entity->weight = new_weight;
800                 /*
801                  * Add the entity, if it is not a weight-raised queue,
802                  * to the counter associated with its new weight.
803                  */
804                 if (prev_weight != new_weight && bfqq && bfqq->wr_coeff == 1) {
805                         /* If we get here, root has been initialized. */
806                         bfq_weights_tree_add(bfqd, bfqq, root);
807                 }
808
809                 new_st->wsum += entity->weight;
810
811                 if (new_st != old_st)
812                         entity->start = new_st->vtime;
813         }
814
815         return new_st;
816 }
817
818 /**
819  * bfq_bfqq_served - update the scheduler status after selection for
820  *                   service.
821  * @bfqq: the queue being served.
822  * @served: bytes to transfer.
823  *
824  * NOTE: this can be optimized, as the timestamps of upper level entities
825  * are synchronized every time a new bfqq is selected for service.  By now,
826  * we keep it to better check consistency.
827  */
828 void bfq_bfqq_served(struct bfq_queue *bfqq, int served)
829 {
830         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
831         struct bfq_service_tree *st;
832
833         if (!bfqq->service_from_backlogged)
834                 bfqq->first_IO_time = jiffies;
835
836         if (bfqq->wr_coeff > 1)
837                 bfqq->service_from_wr += served;
838
839         bfqq->service_from_backlogged += served;
840         for_each_entity(entity) {
841                 st = bfq_entity_service_tree(entity);
842
843                 entity->service += served;
844
845                 st->vtime += bfq_delta(served, st->wsum);
846                 bfq_forget_idle(st);
847         }
848         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "bfqq_served %d secs", served);
849 }
850
851 /**
852  * bfq_bfqq_charge_time - charge an amount of service equivalent to the length
853  *                        of the time interval during which bfqq has been in
854  *                        service.
855  * @bfqd: the device
856  * @bfqq: the queue that needs a service update.
857  * @time_ms: the amount of time during which the queue has received service
858  *
859  * If a queue does not consume its budget fast enough, then providing
860  * the queue with service fairness may impair throughput, more or less
861  * severely. For this reason, queues that consume their budget slowly
862  * are provided with time fairness instead of service fairness. This
863  * goal is achieved through the BFQ scheduling engine, even if such an
864  * engine works in the service, and not in the time domain. The trick
865  * is charging these queues with an inflated amount of service, equal
866  * to the amount of service that they would have received during their
867  * service slot if they had been fast, i.e., if their requests had
868  * been dispatched at a rate equal to the estimated peak rate.
869  *
870  * It is worth noting that time fairness can cause important
871  * distortions in terms of bandwidth distribution, on devices with
872  * internal queueing. The reason is that I/O requests dispatched
873  * during the service slot of a queue may be served after that service
874  * slot is finished, and may have a total processing time loosely
875  * correlated with the duration of the service slot. This is
876  * especially true for short service slots.
877  */
878 void bfq_bfqq_charge_time(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
879                           unsigned long time_ms)
880 {
881         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
882         unsigned long timeout_ms = jiffies_to_msecs(bfq_timeout);
883         unsigned long bounded_time_ms = min(time_ms, timeout_ms);
884         int serv_to_charge_for_time =
885                 (bfqd->bfq_max_budget * bounded_time_ms) / timeout_ms;
886         int tot_serv_to_charge = max(serv_to_charge_for_time, entity->service);
887
888         /* Increase budget to avoid inconsistencies */
889         if (tot_serv_to_charge > entity->budget)
890                 entity->budget = tot_serv_to_charge;
891
892         bfq_bfqq_served(bfqq,
893                         max_t(int, 0, tot_serv_to_charge - entity->service));
894 }
895
896 static void bfq_update_fin_time_enqueue(struct bfq_entity *entity,
897                                         struct bfq_service_tree *st,
898                                         bool backshifted)
899 {
900         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
901
902         /*
903          * When this function is invoked, entity is not in any service
904          * tree, then it is safe to invoke next function with the last
905          * parameter set (see the comments on the function).
906          */
907         st = __bfq_entity_update_weight_prio(st, entity, true);
908         bfq_calc_finish(entity, entity->budget);
909
910         /*
911          * If some queues enjoy backshifting for a while, then their
912          * (virtual) finish timestamps may happen to become lower and
913          * lower than the system virtual time.  In particular, if
914          * these queues often happen to be idle for short time
915          * periods, and during such time periods other queues with
916          * higher timestamps happen to be busy, then the backshifted
917          * timestamps of the former queues can become much lower than
918          * the system virtual time. In fact, to serve the queues with
919          * higher timestamps while the ones with lower timestamps are
920          * idle, the system virtual time may be pushed-up to much
921          * higher values than the finish timestamps of the idle
922          * queues. As a consequence, the finish timestamps of all new
923          * or newly activated queues may end up being much larger than
924          * those of lucky queues with backshifted timestamps. The
925          * latter queues may then monopolize the device for a lot of
926          * time. This would simply break service guarantees.
927          *
928          * To reduce this problem, push up a little bit the
929          * backshifted timestamps of the queue associated with this
930          * entity (only a queue can happen to have the backshifted
931          * flag set): just enough to let the finish timestamp of the
932          * queue be equal to the current value of the system virtual
933          * time. This may introduce a little unfairness among queues
934          * with backshifted timestamps, but it does not break
935          * worst-case fairness guarantees.
936          *
937          * As a special case, if bfqq is weight-raised, push up
938          * timestamps much less, to keep very low the probability that
939          * this push up causes the backshifted finish timestamps of
940          * weight-raised queues to become higher than the backshifted
941          * finish timestamps of non weight-raised queues.
942          */
943         if (backshifted && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
944                 unsigned long delta = st->vtime - entity->finish;
945
946                 if (bfqq)
947                         delta /= bfqq->wr_coeff;
948
949                 entity->start += delta;
950                 entity->finish += delta;
951         }
952
953         bfq_active_insert(st, entity);
954 }
955
956 /**
957  * __bfq_activate_entity - handle activation of entity.
958  * @entity: the entity being activated.
959  * @non_blocking_wait_rq: true if entity was waiting for a request
960  *
961  * Called for a 'true' activation, i.e., if entity is not active and
962  * one of its children receives a new request.
963  *
964  * Basically, this function updates the timestamps of entity and
965  * inserts entity into its active tree, after possibly extracting it
966  * from its idle tree.
967  */
968 static void __bfq_activate_entity(struct bfq_entity *entity,
969                                   bool non_blocking_wait_rq)
970 {
971         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
972         bool backshifted = false;
973         unsigned long long min_vstart;
974
975         /* See comments on bfq_fqq_update_budg_for_activation */
976         if (non_blocking_wait_rq && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
977                 backshifted = true;
978                 min_vstart = entity->finish;
979         } else
980                 min_vstart = st->vtime;
981
982         if (entity->tree == &st->idle) {
983                 /*
984                  * Must be on the idle tree, bfq_idle_extract() will
985                  * check for that.
986                  */
987                 bfq_idle_extract(st, entity);
988                 entity->start = bfq_gt(min_vstart, entity->finish) ?
989                         min_vstart : entity->finish;
990         } else {
991                 /*
992                  * The finish time of the entity may be invalid, and
993                  * it is in the past for sure, otherwise the queue
994                  * would have been on the idle tree.
995                  */
996                 entity->start = min_vstart;
997                 st->wsum += entity->weight;
998                 /*
999                  * entity is about to be inserted into a service tree,
1000                  * and then set in service: get a reference to make
1001                  * sure entity does not disappear until it is no
1002                  * longer in service or scheduled for service.
1003                  */
1004                 bfq_get_entity(entity);
1005
1006                 entity->on_st = true;
1007         }
1008
1009 #ifdef BFQ_GROUP_IOSCHED_ENABLED
1010         if (!bfq_entity_to_bfqq(entity)) { /* bfq_group */
1011                 struct bfq_group *bfqg =
1012                         container_of(entity, struct bfq_group, entity);
1013                 struct bfq_data *bfqd = bfqg->bfqd;
1014
1015                 if (!entity->in_groups_with_pending_reqs) {
1016                         entity->in_groups_with_pending_reqs = true;
1017                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs++;
1018                 }
1019         }
1020 #endif
1021
1022         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, backshifted);
1023 }
1024
1025 /**
1026  * __bfq_requeue_entity - handle requeueing or repositioning of an entity.
1027  * @entity: the entity being requeued or repositioned.
1028  *
1029  * Requeueing is needed if this entity stops being served, which
1030  * happens if a leaf descendant entity has expired. On the other hand,
1031  * repositioning is needed if the next_inservice_entity for the child
1032  * entity has changed. See the comments inside the function for
1033  * details.
1034  *
1035  * Basically, this function: 1) removes entity from its active tree if
1036  * present there, 2) updates the timestamps of entity and 3) inserts
1037  * entity back into its active tree (in the new, right position for
1038  * the new values of the timestamps).
1039  */
1040 static void __bfq_requeue_entity(struct bfq_entity *entity)
1041 {
1042         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1043         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1044
1045         if (entity == sd->in_service_entity) {
1046                 /*
1047                  * We are requeueing the current in-service entity,
1048                  * which may have to be done for one of the following
1049                  * reasons:
1050                  * - entity represents the in-service queue, and the
1051                  *   in-service queue is being requeued after an
1052                  *   expiration;
1053                  * - entity represents a group, and its budget has
1054                  *   changed because one of its child entities has
1055                  *   just been either activated or requeued for some
1056                  *   reason; the timestamps of the entity need then to
1057                  *   be updated, and the entity needs to be enqueued
1058                  *   or repositioned accordingly.
1059                  *
1060                  * In particular, before requeueing, the start time of
1061                  * the entity must be moved forward to account for the
1062                  * service that the entity has received while in
1063                  * service. This is done by the next instructions. The
1064                  * finish time will then be updated according to this
1065                  * new value of the start time, and to the budget of
1066                  * the entity.
1067                  */
1068                 bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1069                 entity->start = entity->finish;
1070                 /*
1071                  * In addition, if the entity had more than one child
1072                  * when set in service, then it was not extracted from
1073                  * the active tree. This implies that the position of
1074                  * the entity in the active tree may need to be
1075                  * changed now, because we have just updated the start
1076                  * time of the entity, and we will update its finish
1077                  * time in a moment (the requeueing is then, more
1078                  * precisely, a repositioning in this case). To
1079                  * implement this repositioning, we: 1) dequeue the
1080                  * entity here, 2) update the finish time and requeue
1081                  * the entity according to the new timestamps below.
1082                  */
1083                 if (entity->tree)
1084                         bfq_active_extract(st, entity);
1085         } else { /* The entity is already active, and not in service */
1086                 /*
1087                  * In this case, this function gets called only if the
1088                  * next_in_service entity below this entity has
1089                  * changed, and this change has caused the budget of
1090                  * this entity to change, which, finally implies that
1091                  * the finish time of this entity must be
1092                  * updated. Such an update may cause the scheduling,
1093                  * i.e., the position in the active tree, of this
1094                  * entity to change. We handle this change by: 1)
1095                  * dequeueing the entity here, 2) updating the finish
1096                  * time and requeueing the entity according to the new
1097                  * timestamps below. This is the same approach as the
1098                  * non-extracted-entity sub-case above.
1099                  */
1100                 bfq_active_extract(st, entity);
1101         }
1102
1103         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, false);
1104 }
1105
1106 static void __bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1107                                           struct bfq_sched_data *sd,
1108                                           bool non_blocking_wait_rq)
1109 {
1110         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1111
1112         if (sd->in_service_entity == entity || entity->tree == &st->active)
1113                  /*
1114                   * in service or already queued on the active tree,
1115                   * requeue or reposition
1116                   */
1117                 __bfq_requeue_entity(entity);
1118         else
1119                 /*
1120                  * Not in service and not queued on its active tree:
1121                  * the activity is idle and this is a true activation.
1122                  */
1123                 __bfq_activate_entity(entity, non_blocking_wait_rq);
1124 }
1125
1126
1127 /**
1128  * bfq_activate_requeue_entity - activate or requeue an entity representing a
1129  *                               bfq_queue, and activate, requeue or reposition
1130  *                               all ancestors for which such an update becomes
1131  *                               necessary.
1132  * @entity: the entity to activate.
1133  * @non_blocking_wait_rq: true if this entity was waiting for a request
1134  * @requeue: true if this is a requeue, which implies that bfqq is
1135  *           being expired; thus ALL its ancestors stop being served and must
1136  *           therefore be requeued
1137  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1138  *             of the in-service queue
1139  */
1140 static void bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1141                                         bool non_blocking_wait_rq,
1142                                         bool requeue, bool expiration)
1143 {
1144         struct bfq_sched_data *sd;
1145
1146         for_each_entity(entity) {
1147                 sd = entity->sched_data;
1148                 __bfq_activate_requeue_entity(entity, sd, non_blocking_wait_rq);
1149
1150                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1151                     !requeue)
1152                         break;
1153         }
1154 }
1155
1156 /**
1157  * __bfq_deactivate_entity - update sched_data and service trees for
1158  * entity, so as to represent entity as inactive
1159  * @entity: the entity being deactivated.
1160  * @ins_into_idle_tree: if false, the entity will not be put into the
1161  *                      idle tree.
1162  *
1163  * If necessary and allowed, puts entity into the idle tree. NOTE:
1164  * entity may be on no tree if in service.
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         bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1185
1186         if (is_in_service)
1187                 sd->in_service_entity = NULL;
1188         else
1189                 /*
1190                  * Non in-service entity: nobody will take care of
1191                  * resetting its service counter on expiration. Do it
1192                  * now.
1193                  */
1194                 entity->service = 0;
1195
1196         if (entity->tree == &st->active)
1197                 bfq_active_extract(st, entity);
1198         else if (!is_in_service && entity->tree == &st->idle)
1199                 bfq_idle_extract(st, entity);
1200
1201         if (!ins_into_idle_tree || !bfq_gt(entity->finish, st->vtime))
1202                 bfq_forget_entity(st, entity, is_in_service);
1203         else
1204                 bfq_idle_insert(st, entity);
1205
1206         return true;
1207 }
1208
1209 /**
1210  * bfq_deactivate_entity - deactivate an entity representing a bfq_queue.
1211  * @entity: the entity to deactivate.
1212  * @ins_into_idle_tree: true if the entity can be put into the idle tree
1213  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1214  *             of the in-service queue
1215  */
1216 static void bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity,
1217                                   bool ins_into_idle_tree,
1218                                   bool expiration)
1219 {
1220         struct bfq_sched_data *sd;
1221         struct bfq_entity *parent = NULL;
1222
1223         for_each_entity_safe(entity, parent) {
1224                 sd = entity->sched_data;
1225
1226                 if (!__bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree)) {
1227                         /*
1228                          * entity is not in any tree any more, so
1229                          * this deactivation is a no-op, and there is
1230                          * nothing to change for upper-level entities
1231                          * (in case of expiration, this can never
1232                          * happen).
1233                          */
1234                         return;
1235                 }
1236
1237                 if (sd->next_in_service == entity)
1238                         /*
1239                          * entity was the next_in_service entity,
1240                          * then, since entity has just been
1241                          * deactivated, a new one must be found.
1242                          */
1243                         bfq_update_next_in_service(sd, NULL, expiration);
1244
1245                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
1246                         /*
1247                          * The parent entity is still active, because
1248                          * either next_in_service or in_service_entity
1249                          * is not NULL. So, no further upwards
1250                          * deactivation must be performed.  Yet,
1251                          * next_in_service has changed. Then the
1252                          * schedule does need to be updated upwards.
1253                          *
1254                          * NOTE If in_service_entity is not NULL, then
1255                          * next_in_service may happen to be NULL,
1256                          * although the parent entity is evidently
1257                          * active. This happens if 1) the entity
1258                          * pointed by in_service_entity is the only
1259                          * active entity in the parent entity, and 2)
1260                          * according to the definition of
1261                          * next_in_service, the in_service_entity
1262                          * cannot be considered as
1263                          * next_in_service. See the comments on the
1264                          * definition of next_in_service for details.
1265                          */
1266                         break;
1267                 }
1268
1269                 /*
1270                  * If we get here, then the parent is no more
1271                  * backlogged and we need to propagate the
1272                  * deactivation upwards. Thus let the loop go on.
1273                  */
1274
1275                 /*
1276                  * Also let parent be queued into the idle tree on
1277                  * deactivation, to preserve service guarantees, and
1278                  * assuming that who invoked this function does not
1279                  * need parent entities too to be removed completely.
1280                  */
1281                 ins_into_idle_tree = true;
1282         }
1283
1284         /*
1285          * If the deactivation loop is fully executed, then there are
1286          * no more entities to touch and next loop is not executed at
1287          * all. Otherwise, requeue remaining entities if they are
1288          * about to stop receiving service, or reposition them if this
1289          * is not the case.
1290          */
1291         entity = parent;
1292         for_each_entity(entity) {
1293                 /*
1294                  * Invoke __bfq_requeue_entity on entity, even if
1295                  * already active, to requeue/reposition it in the
1296                  * active tree (because sd->next_in_service has
1297                  * changed)
1298                  */
1299                 __bfq_requeue_entity(entity);
1300
1301                 sd = entity->sched_data;
1302                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1303                     !expiration)
1304                         /*
1305                          * next_in_service unchanged or not causing
1306                          * any change in entity->parent->sd, and no
1307                          * requeueing needed for expiration: stop
1308                          * here.
1309                          */
1310                         break;
1311         }
1312 }
1313
1314 /**
1315  * bfq_calc_vtime_jump - compute the value to which the vtime should jump,
1316  *                       if needed, to have at least one entity eligible.
1317  * @st: the service tree to act upon.
1318  *
1319  * Assumes that st is not empty.
1320  */
1321 static u64 bfq_calc_vtime_jump(struct bfq_service_tree *st)
1322 {
1323         struct bfq_entity *root_entity = bfq_root_active_entity(&st->active);
1324
1325         if (bfq_gt(root_entity->min_start, st->vtime))
1326                 return root_entity->min_start;
1327
1328         return st->vtime;
1329 }
1330
1331 static void bfq_update_vtime(struct bfq_service_tree *st, u64 new_value)
1332 {
1333         if (new_value > st->vtime) {
1334                 st->vtime = new_value;
1335                 bfq_forget_idle(st);
1336         }
1337 }
1338
1339 /**
1340  * bfq_first_active_entity - find the eligible entity with
1341  *                           the smallest finish time
1342  * @st: the service tree to select from.
1343  * @vtime: the system virtual to use as a reference for eligibility
1344  *
1345  * This function searches the first schedulable entity, starting from the
1346  * root of the tree and going on the left every time on this side there is
1347  * a subtree with at least one eligible (start <= vtime) entity. The path on
1348  * the right is followed only if a) the left subtree contains no eligible
1349  * entities and b) no eligible entity has been found yet.
1350  */
1351 static struct bfq_entity *bfq_first_active_entity(struct bfq_service_tree *st,
1352                                                   u64 vtime)
1353 {
1354         struct bfq_entity *entry, *first = NULL;
1355         struct rb_node *node = st->active.rb_node;
1356
1357         while (node) {
1358                 entry = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
1359 left:
1360                 if (!bfq_gt(entry->start, vtime))
1361                         first = entry;
1362
1363                 if (node->rb_left) {
1364                         entry = rb_entry(node->rb_left,
1365                                          struct bfq_entity, rb_node);
1366                         if (!bfq_gt(entry->min_start, vtime)) {
1367                                 node = node->rb_left;
1368                                 goto left;
1369                         }
1370                 }
1371                 if (first)
1372                         break;
1373                 node = node->rb_right;
1374         }
1375
1376         return first;
1377 }
1378
1379 /**
1380  * __bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @st.
1381  * @st: the service tree.
1382  *
1383  * If there is no in-service entity for the sched_data st belongs to,
1384  * then return the entity that will be set in service if:
1385  * 1) the parent entity this st belongs to is set in service;
1386  * 2) no entity belonging to such parent entity undergoes a state change
1387  * that would influence the timestamps of the entity (e.g., becomes idle,
1388  * becomes backlogged, changes its budget, ...).
1389  *
1390  * In this first case, update the virtual time in @st too (see the
1391  * comments on this update inside the function).
1392  *
1393  * In constrast, if there is an in-service entity, then return the
1394  * entity that would be set in service if not only the above
1395  * conditions, but also the next one held true: the currently
1396  * in-service entity, on expiration,
1397  * 1) gets a finish time equal to the current one, or
1398  * 2) is not eligible any more, or
1399  * 3) is idle.
1400  */
1401 static struct bfq_entity *
1402 __bfq_lookup_next_entity(struct bfq_service_tree *st, bool in_service)
1403 {
1404         struct bfq_entity *entity;
1405         u64 new_vtime;
1406
1407         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active))
1408                 return NULL;
1409
1410         /*
1411          * Get the value of the system virtual time for which at
1412          * least one entity is eligible.
1413          */
1414         new_vtime = bfq_calc_vtime_jump(st);
1415
1416         /*
1417          * If there is no in-service entity for the sched_data this
1418          * active tree belongs to, then push the system virtual time
1419          * up to the value that guarantees that at least one entity is
1420          * eligible. If, instead, there is an in-service entity, then
1421          * do not make any such update, because there is already an
1422          * eligible entity, namely the in-service one (even if the
1423          * entity is not on st, because it was extracted when set in
1424          * service).
1425          */
1426         if (!in_service)
1427                 bfq_update_vtime(st, new_vtime);
1428
1429         entity = bfq_first_active_entity(st, new_vtime);
1430
1431         return entity;
1432 }
1433
1434 /**
1435  * bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @sd.
1436  * @sd: the sched_data.
1437  * @expiration: true if we are on the expiration path of the in-service queue
1438  *
1439  * This function is invoked when there has been a change in the trees
1440  * for sd, and we need to know what is the new next entity to serve
1441  * after this change.
1442  */
1443 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
1444                                                  bool expiration)
1445 {
1446         struct bfq_service_tree *st = sd->service_tree;
1447         struct bfq_service_tree *idle_class_st = st + (BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1);
1448         struct bfq_entity *entity = NULL;
1449         int class_idx = 0;
1450
1451         /*
1452          * Choose from idle class, if needed to guarantee a minimum
1453          * bandwidth to this class (and if there is some active entity
1454          * in idle class). This should also mitigate
1455          * priority-inversion problems in case a low priority task is
1456          * holding file system resources.
1457          */
1458         if (time_is_before_jiffies(sd->bfq_class_idle_last_service +
1459                                    BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT)) {
1460                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&idle_class_st->active))
1461                         class_idx = BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1;
1462                 /* About to be served if backlogged, or not yet backlogged */
1463                 sd->bfq_class_idle_last_service = jiffies;
1464         }
1465
1466         /*
1467          * Find the next entity to serve for the highest-priority
1468          * class, unless the idle class needs to be served.
1469          */
1470         for (; class_idx < BFQ_IOPRIO_CLASSES; class_idx++) {
1471                 /*
1472                  * If expiration is true, then bfq_lookup_next_entity
1473                  * is being invoked as a part of the expiration path
1474                  * of the in-service queue. In this case, even if
1475                  * sd->in_service_entity is not NULL,
1476                  * sd->in_service_entiy at this point is actually not
1477                  * in service any more, and, if needed, has already
1478                  * been properly queued or requeued into the right
1479                  * tree. The reason why sd->in_service_entity is still
1480                  * not NULL here, even if expiration is true, is that
1481                  * sd->in_service_entiy is reset as a last step in the
1482                  * expiration path. So, if expiration is true, tell
1483                  * __bfq_lookup_next_entity that there is no
1484                  * sd->in_service_entity.
1485                  */
1486                 entity = __bfq_lookup_next_entity(st + class_idx,
1487                                                   sd->in_service_entity &&
1488                                                   !expiration);
1489
1490                 if (entity)
1491                         break;
1492         }
1493
1494         if (!entity)
1495                 return NULL;
1496
1497         return entity;
1498 }
1499
1500 bool next_queue_may_preempt(struct bfq_data *bfqd)
1501 {
1502         struct bfq_sched_data *sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1503
1504         return sd->next_in_service != sd->in_service_entity;
1505 }
1506
1507 /*
1508  * Get next queue for service.
1509  */
1510 struct bfq_queue *bfq_get_next_queue(struct bfq_data *bfqd)
1511 {
1512         struct bfq_entity *entity = NULL;
1513         struct bfq_sched_data *sd;
1514         struct bfq_queue *bfqq;
1515
1516         if (bfqd->busy_queues == 0)
1517                 return NULL;
1518
1519         /*
1520          * Traverse the path from the root to the leaf entity to
1521          * serve. Set in service all the entities visited along the
1522          * way.
1523          */
1524         sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1525         for (; sd ; sd = entity->my_sched_data) {
1526                 /*
1527                  * WARNING. We are about to set the in-service entity
1528                  * to sd->next_in_service, i.e., to the (cached) value
1529                  * returned by bfq_lookup_next_entity(sd) the last
1530                  * time it was invoked, i.e., the last time when the
1531                  * service order in sd changed as a consequence of the
1532                  * activation or deactivation of an entity. In this
1533                  * respect, if we execute bfq_lookup_next_entity(sd)
1534                  * in this very moment, it may, although with low
1535                  * probability, yield a different entity than that
1536                  * pointed to by sd->next_in_service. This rare event
1537                  * happens in case there was no CLASS_IDLE entity to
1538                  * serve for sd when bfq_lookup_next_entity(sd) was
1539                  * invoked for the last time, while there is now one
1540                  * such entity.
1541                  *
1542                  * If the above event happens, then the scheduling of
1543                  * such entity in CLASS_IDLE is postponed until the
1544                  * service of the sd->next_in_service entity
1545                  * finishes. In fact, when the latter is expired,
1546                  * bfq_lookup_next_entity(sd) gets called again,
1547                  * exactly to update sd->next_in_service.
1548                  */
1549
1550                 /* Make next_in_service entity become in_service_entity */
1551                 entity = sd->next_in_service;
1552                 sd->in_service_entity = entity;
1553
1554                 /*
1555                  * If entity is no longer a candidate for next
1556                  * service, then it must be extracted from its active
1557                  * tree, so as to make sure that it won't be
1558                  * considered when computing next_in_service. See the
1559                  * comments on the function
1560                  * bfq_no_longer_next_in_service() for details.
1561                  */
1562                 if (bfq_no_longer_next_in_service(entity))
1563                         bfq_active_extract(bfq_entity_service_tree(entity),
1564                                            entity);
1565
1566                 /*
1567                  * Even if entity is not to be extracted according to
1568                  * the above check, a descendant entity may get
1569                  * extracted in one of the next iterations of this
1570                  * loop. Such an event could cause a change in
1571                  * next_in_service for the level of the descendant
1572                  * entity, and thus possibly back to this level.
1573                  *
1574                  * However, we cannot perform the resulting needed
1575                  * update of next_in_service for this level before the
1576                  * end of the whole loop, because, to know which is
1577                  * the correct next-to-serve candidate entity for each
1578                  * level, we need first to find the leaf entity to set
1579                  * in service. In fact, only after we know which is
1580                  * the next-to-serve leaf entity, we can discover
1581                  * whether the parent entity of the leaf entity
1582                  * becomes the next-to-serve, and so on.
1583                  */
1584         }
1585
1586         bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
1587
1588         /*
1589          * We can finally update all next-to-serve entities along the
1590          * path from the leaf entity just set in service to the root.
1591          */
1592         for_each_entity(entity) {
1593                 struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1594
1595                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, NULL, false))
1596                         break;
1597         }
1598
1599         return bfqq;
1600 }
1601
1602 void __bfq_bfqd_reset_in_service(struct bfq_data *bfqd)
1603 {
1604         struct bfq_queue *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1605         struct bfq_entity *in_serv_entity = &in_serv_bfqq->entity;
1606         struct bfq_entity *entity = in_serv_entity;
1607
1608         bfq_clear_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq);
1609         hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
1610         bfqd->in_service_queue = NULL;
1611
1612         /*
1613          * When this function is called, all in-service entities have
1614          * been properly deactivated or requeued, so we can safely
1615          * execute the final step: reset in_service_entity along the
1616          * path from entity to the root.
1617          */
1618         for_each_entity(entity)
1619                 entity->sched_data->in_service_entity = NULL;
1620
1621         /*
1622          * in_serv_entity is no longer in service, so, if it is in no
1623          * service tree either, then release the service reference to
1624          * the queue it represents (taken with bfq_get_entity).
1625          */
1626         if (!in_serv_entity->on_st)
1627                 bfq_put_queue(in_serv_bfqq);
1628 }
1629
1630 void bfq_deactivate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1631                          bool ins_into_idle_tree, bool expiration)
1632 {
1633         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1634
1635         bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree, expiration);
1636 }
1637
1638 void bfq_activate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1639 {
1640         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1641
1642         bfq_activate_requeue_entity(entity, bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq),
1643                                     false, false);
1644         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1645 }
1646
1647 void bfq_requeue_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1648                       bool expiration)
1649 {
1650         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1651
1652         bfq_activate_requeue_entity(entity, false,
1653                                     bfqq == bfqd->in_service_queue, expiration);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * Called when the bfqq no longer has requests pending, remove it from
1658  * the service tree. As a special case, it can be invoked during an
1659  * expiration.
1660  */
1661 void bfq_del_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1662                        bool expiration)
1663 {
1664         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "del from busy");
1665
1666         bfq_clear_bfqq_busy(bfqq);
1667
1668         bfqd->busy_queues--;
1669
1670         if (!bfqq->dispatched)
1671                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
1672
1673         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1674                 bfqd->wr_busy_queues--;
1675
1676         bfqg_stats_update_dequeue(bfqq_group(bfqq));
1677
1678         bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, true, expiration);
1679 }
1680
1681 /*
1682  * Called when an inactive queue receives a new request.
1683  */
1684 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1685 {
1686         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add to busy");
1687
1688         bfq_activate_bfqq(bfqd, bfqq);
1689
1690         bfq_mark_bfqq_busy(bfqq);
1691         bfqd->busy_queues++;
1692
1693         if (!bfqq->dispatched)
1694                 if (bfqq->wr_coeff == 1)
1695                         bfq_weights_tree_add(bfqd, bfqq,
1696                                              &bfqd->queue_weights_tree);
1697
1698         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1699                 bfqd->wr_busy_queues++;
1700 }