Linux 6.9-rc4
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-wf2q.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Hierarchical Budget Worst-case Fair Weighted Fair Queueing
4  * (B-WF2Q+): hierarchical scheduling algorithm by which the BFQ I/O
5  * scheduler schedules generic entities. The latter can represent
6  * either single bfq queues (associated with processes) or groups of
7  * bfq queues (associated with cgroups).
8  */
9 #include "bfq-iosched.h"
10
11 /**
12  * bfq_gt - compare two timestamps.
13  * @a: first ts.
14  * @b: second ts.
15  *
16  * Return @a > @b, dealing with wrapping correctly.
17  */
18 static int bfq_gt(u64 a, u64 b)
19 {
20         return (s64)(a - b) > 0;
21 }
22
23 static struct bfq_entity *bfq_root_active_entity(struct rb_root *tree)
24 {
25         struct rb_node *node = tree->rb_node;
26
27         return rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
28 }
29
30 static unsigned int bfq_class_idx(struct bfq_entity *entity)
31 {
32         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
33
34         return bfqq ? bfqq->ioprio_class - 1 :
35                 BFQ_DEFAULT_GRP_CLASS - 1;
36 }
37
38 unsigned int bfq_tot_busy_queues(struct bfq_data *bfqd)
39 {
40         return bfqd->busy_queues[0] + bfqd->busy_queues[1] +
41                 bfqd->busy_queues[2];
42 }
43
44 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
45                                                  bool expiration);
46
47 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service);
48
49 /**
50  * bfq_update_next_in_service - update sd->next_in_service
51  * @sd: sched_data for which to perform the update.
52  * @new_entity: if not NULL, pointer to the entity whose activation,
53  *              requeueing or repositioning triggered the invocation of
54  *              this function.
55  * @expiration: id true, this function is being invoked after the
56  *             expiration of the in-service entity
57  *
58  * This function is called to update sd->next_in_service, which, in
59  * its turn, may change as a consequence of the insertion or
60  * extraction of an entity into/from one of the active trees of
61  * sd. These insertions/extractions occur as a consequence of
62  * activations/deactivations of entities, with some activations being
63  * 'true' activations, and other activations being requeueings (i.e.,
64  * implementing the second, requeueing phase of the mechanism used to
65  * reposition an entity in its active tree; see comments on
66  * __bfq_activate_entity and __bfq_requeue_entity for details). In
67  * both the last two activation sub-cases, new_entity points to the
68  * just activated or requeued entity.
69  *
70  * Returns true if sd->next_in_service changes in such a way that
71  * entity->parent may become the next_in_service for its parent
72  * entity.
73  */
74 static bool bfq_update_next_in_service(struct bfq_sched_data *sd,
75                                        struct bfq_entity *new_entity,
76                                        bool expiration)
77 {
78         struct bfq_entity *next_in_service = sd->next_in_service;
79         bool parent_sched_may_change = false;
80         bool change_without_lookup = false;
81
82         /*
83          * If this update is triggered by the activation, requeueing
84          * or repositioning of an entity that does not coincide with
85          * sd->next_in_service, then a full lookup in the active tree
86          * can be avoided. In fact, it is enough to check whether the
87          * just-modified entity has the same priority as
88          * sd->next_in_service, is eligible and has a lower virtual
89          * finish time than sd->next_in_service. If this compound
90          * condition holds, then the new entity becomes the new
91          * next_in_service. Otherwise no change is needed.
92          */
93         if (new_entity && new_entity != sd->next_in_service) {
94                 /*
95                  * Flag used to decide whether to replace
96                  * sd->next_in_service with new_entity. Tentatively
97                  * set to true, and left as true if
98                  * sd->next_in_service is NULL.
99                  */
100                 change_without_lookup = true;
101
102                 /*
103                  * If there is already a next_in_service candidate
104                  * entity, then compare timestamps to decide whether
105                  * to replace sd->service_tree with new_entity.
106                  */
107                 if (next_in_service) {
108                         unsigned int new_entity_class_idx =
109                                 bfq_class_idx(new_entity);
110                         struct bfq_service_tree *st =
111                                 sd->service_tree + new_entity_class_idx;
112
113                         change_without_lookup =
114                                 (new_entity_class_idx ==
115                                  bfq_class_idx(next_in_service)
116                                  &&
117                                  !bfq_gt(new_entity->start, st->vtime)
118                                  &&
119                                  bfq_gt(next_in_service->finish,
120                                         new_entity->finish));
121                 }
122
123                 if (change_without_lookup)
124                         next_in_service = new_entity;
125         }
126
127         if (!change_without_lookup) /* lookup needed */
128                 next_in_service = bfq_lookup_next_entity(sd, expiration);
129
130         if (next_in_service) {
131                 bool new_budget_triggers_change =
132                         bfq_update_parent_budget(next_in_service);
133
134                 parent_sched_may_change = !sd->next_in_service ||
135                         new_budget_triggers_change;
136         }
137
138         sd->next_in_service = next_in_service;
139
140         return parent_sched_may_change;
141 }
142
143 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
144
145 /*
146  * Returns true if this budget changes may let next_in_service->parent
147  * become the next_in_service entity for its parent entity.
148  */
149 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
150 {
151         struct bfq_entity *bfqg_entity;
152         struct bfq_group *bfqg;
153         struct bfq_sched_data *group_sd;
154         bool ret = false;
155
156         group_sd = next_in_service->sched_data;
157
158         bfqg = container_of(group_sd, struct bfq_group, sched_data);
159         /*
160          * bfq_group's my_entity field is not NULL only if the group
161          * is not the root group. We must not touch the root entity
162          * as it must never become an in-service entity.
163          */
164         bfqg_entity = bfqg->my_entity;
165         if (bfqg_entity) {
166                 if (bfqg_entity->budget > next_in_service->budget)
167                         ret = true;
168                 bfqg_entity->budget = next_in_service->budget;
169         }
170
171         return ret;
172 }
173
174 /*
175  * This function tells whether entity stops being a candidate for next
176  * service, according to the restrictive definition of the field
177  * next_in_service. In particular, this function is invoked for an
178  * entity that is about to be set in service.
179  *
180  * If entity is a queue, then the entity is no longer a candidate for
181  * next service according to the that definition, because entity is
182  * about to become the in-service queue. This function then returns
183  * true if entity is a queue.
184  *
185  * In contrast, entity could still be a candidate for next service if
186  * it is not a queue, and has more than one active child. In fact,
187  * even if one of its children is about to be set in service, other
188  * active children may still be the next to serve, for the parent
189  * entity, even according to the above definition. As a consequence, a
190  * non-queue entity is not a candidate for next-service only if it has
191  * only one active child. And only if this condition holds, then this
192  * function returns true for a non-queue entity.
193  */
194 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
195 {
196         struct bfq_group *bfqg;
197
198         if (bfq_entity_to_bfqq(entity))
199                 return true;
200
201         bfqg = container_of(entity, struct bfq_group, entity);
202
203         /*
204          * The field active_entities does not always contain the
205          * actual number of active children entities: it happens to
206          * not account for the in-service entity in case the latter is
207          * removed from its active tree (which may get done after
208          * invoking the function bfq_no_longer_next_in_service in
209          * bfq_get_next_queue). Fortunately, here, i.e., while
210          * bfq_no_longer_next_in_service is not yet completed in
211          * bfq_get_next_queue, bfq_active_extract has not yet been
212          * invoked, and thus active_entities still coincides with the
213          * actual number of active entities.
214          */
215         if (bfqg->active_entities == 1)
216                 return true;
217
218         return false;
219 }
220
221 static void bfq_inc_active_entities(struct bfq_entity *entity)
222 {
223         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
224         struct bfq_group *bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
225
226         if (bfqg != bfqg->bfqd->root_group)
227                 bfqg->active_entities++;
228 }
229
230 static void bfq_dec_active_entities(struct bfq_entity *entity)
231 {
232         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
233         struct bfq_group *bfqg = container_of(sd, struct bfq_group, sched_data);
234
235         if (bfqg != bfqg->bfqd->root_group)
236                 bfqg->active_entities--;
237 }
238
239 #else /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
240
241 static bool bfq_update_parent_budget(struct bfq_entity *next_in_service)
242 {
243         return false;
244 }
245
246 static bool bfq_no_longer_next_in_service(struct bfq_entity *entity)
247 {
248         return true;
249 }
250
251 static void bfq_inc_active_entities(struct bfq_entity *entity)
252 {
253 }
254
255 static void bfq_dec_active_entities(struct bfq_entity *entity)
256 {
257 }
258
259 #endif /* CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED */
260
261 /*
262  * Shift for timestamp calculations.  This actually limits the maximum
263  * service allowed in one timestamp delta (small shift values increase it),
264  * the maximum total weight that can be used for the queues in the system
265  * (big shift values increase it), and the period of virtual time
266  * wraparounds.
267  */
268 #define WFQ_SERVICE_SHIFT       22
269
270 struct bfq_queue *bfq_entity_to_bfqq(struct bfq_entity *entity)
271 {
272         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
273
274         if (!entity->my_sched_data)
275                 bfqq = container_of(entity, struct bfq_queue, entity);
276
277         return bfqq;
278 }
279
280
281 /**
282  * bfq_delta - map service into the virtual time domain.
283  * @service: amount of service.
284  * @weight: scale factor (weight of an entity or weight sum).
285  */
286 static u64 bfq_delta(unsigned long service, unsigned long weight)
287 {
288         return div64_ul((u64)service << WFQ_SERVICE_SHIFT, weight);
289 }
290
291 /**
292  * bfq_calc_finish - assign the finish time to an entity.
293  * @entity: the entity to act upon.
294  * @service: the service to be charged to the entity.
295  */
296 static void bfq_calc_finish(struct bfq_entity *entity, unsigned long service)
297 {
298         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
299
300         entity->finish = entity->start +
301                 bfq_delta(service, entity->weight);
302
303         if (bfqq) {
304                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
305                         "calc_finish: serv %lu, w %d",
306                         service, entity->weight);
307                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
308                         "calc_finish: start %llu, finish %llu, delta %llu",
309                         entity->start, entity->finish,
310                         bfq_delta(service, entity->weight));
311         }
312 }
313
314 /**
315  * bfq_entity_of - get an entity from a node.
316  * @node: the node field of the entity.
317  *
318  * Convert a node pointer to the relative entity.  This is used only
319  * to simplify the logic of some functions and not as the generic
320  * conversion mechanism because, e.g., in the tree walking functions,
321  * the check for a %NULL value would be redundant.
322  */
323 struct bfq_entity *bfq_entity_of(struct rb_node *node)
324 {
325         struct bfq_entity *entity = NULL;
326
327         if (node)
328                 entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
329
330         return entity;
331 }
332
333 /**
334  * bfq_extract - remove an entity from a tree.
335  * @root: the tree root.
336  * @entity: the entity to remove.
337  */
338 static void bfq_extract(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
339 {
340         entity->tree = NULL;
341         rb_erase(&entity->rb_node, root);
342 }
343
344 /**
345  * bfq_idle_extract - extract an entity from the idle tree.
346  * @st: the service tree of the owning @entity.
347  * @entity: the entity being removed.
348  */
349 static void bfq_idle_extract(struct bfq_service_tree *st,
350                              struct bfq_entity *entity)
351 {
352         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
353         struct rb_node *next;
354
355         if (entity == st->first_idle) {
356                 next = rb_next(&entity->rb_node);
357                 st->first_idle = bfq_entity_of(next);
358         }
359
360         if (entity == st->last_idle) {
361                 next = rb_prev(&entity->rb_node);
362                 st->last_idle = bfq_entity_of(next);
363         }
364
365         bfq_extract(&st->idle, entity);
366
367         if (bfqq)
368                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
369 }
370
371 /**
372  * bfq_insert - generic tree insertion.
373  * @root: tree root.
374  * @entity: entity to insert.
375  *
376  * This is used for the idle and the active tree, since they are both
377  * ordered by finish time.
378  */
379 static void bfq_insert(struct rb_root *root, struct bfq_entity *entity)
380 {
381         struct bfq_entity *entry;
382         struct rb_node **node = &root->rb_node;
383         struct rb_node *parent = NULL;
384
385         while (*node) {
386                 parent = *node;
387                 entry = rb_entry(parent, struct bfq_entity, rb_node);
388
389                 if (bfq_gt(entry->finish, entity->finish))
390                         node = &parent->rb_left;
391                 else
392                         node = &parent->rb_right;
393         }
394
395         rb_link_node(&entity->rb_node, parent, node);
396         rb_insert_color(&entity->rb_node, root);
397
398         entity->tree = root;
399 }
400
401 /**
402  * bfq_update_min - update the min_start field of a entity.
403  * @entity: the entity to update.
404  * @node: one of its children.
405  *
406  * This function is called when @entity may store an invalid value for
407  * min_start due to updates to the active tree.  The function  assumes
408  * that the subtree rooted at @node (which may be its left or its right
409  * child) has a valid min_start value.
410  */
411 static void bfq_update_min(struct bfq_entity *entity, struct rb_node *node)
412 {
413         struct bfq_entity *child;
414
415         if (node) {
416                 child = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
417                 if (bfq_gt(entity->min_start, child->min_start))
418                         entity->min_start = child->min_start;
419         }
420 }
421
422 /**
423  * bfq_update_active_node - recalculate min_start.
424  * @node: the node to update.
425  *
426  * @node may have changed position or one of its children may have moved,
427  * this function updates its min_start value.  The left and right subtrees
428  * are assumed to hold a correct min_start value.
429  */
430 static void bfq_update_active_node(struct rb_node *node)
431 {
432         struct bfq_entity *entity = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
433
434         entity->min_start = entity->start;
435         bfq_update_min(entity, node->rb_right);
436         bfq_update_min(entity, node->rb_left);
437 }
438
439 /**
440  * bfq_update_active_tree - update min_start for the whole active tree.
441  * @node: the starting node.
442  *
443  * @node must be the deepest modified node after an update.  This function
444  * updates its min_start using the values held by its children, assuming
445  * that they did not change, and then updates all the nodes that may have
446  * changed in the path to the root.  The only nodes that may have changed
447  * are the ones in the path or their siblings.
448  */
449 static void bfq_update_active_tree(struct rb_node *node)
450 {
451         struct rb_node *parent;
452
453 up:
454         bfq_update_active_node(node);
455
456         parent = rb_parent(node);
457         if (!parent)
458                 return;
459
460         if (node == parent->rb_left && parent->rb_right)
461                 bfq_update_active_node(parent->rb_right);
462         else if (parent->rb_left)
463                 bfq_update_active_node(parent->rb_left);
464
465         node = parent;
466         goto up;
467 }
468
469 /**
470  * bfq_active_insert - insert an entity in the active tree of its
471  *                     group/device.
472  * @st: the service tree of the entity.
473  * @entity: the entity being inserted.
474  *
475  * The active tree is ordered by finish time, but an extra key is kept
476  * per each node, containing the minimum value for the start times of
477  * its children (and the node itself), so it's possible to search for
478  * the eligible node with the lowest finish time in logarithmic time.
479  */
480 static void bfq_active_insert(struct bfq_service_tree *st,
481                               struct bfq_entity *entity)
482 {
483         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
484         struct rb_node *node = &entity->rb_node;
485
486         bfq_insert(&st->active, entity);
487
488         if (node->rb_left)
489                 node = node->rb_left;
490         else if (node->rb_right)
491                 node = node->rb_right;
492
493         bfq_update_active_tree(node);
494
495         if (bfqq)
496                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->active_list[bfqq->actuator_idx]);
497
498         bfq_inc_active_entities(entity);
499 }
500
501 /**
502  * bfq_ioprio_to_weight - calc a weight from an ioprio.
503  * @ioprio: the ioprio value to convert.
504  */
505 unsigned short bfq_ioprio_to_weight(int ioprio)
506 {
507         return (IOPRIO_NR_LEVELS - ioprio) * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF;
508 }
509
510 /**
511  * bfq_weight_to_ioprio - calc an ioprio from a weight.
512  * @weight: the weight value to convert.
513  *
514  * To preserve as much as possible the old only-ioprio user interface,
515  * 0 is used as an escape ioprio value for weights (numerically) equal or
516  * larger than IOPRIO_NR_LEVELS * BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF.
517  */
518 static unsigned short bfq_weight_to_ioprio(int weight)
519 {
520         return max_t(int, 0,
521                      IOPRIO_NR_LEVELS - weight / BFQ_WEIGHT_CONVERSION_COEFF);
522 }
523
524 static void bfq_get_entity(struct bfq_entity *entity)
525 {
526         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
527
528         if (bfqq) {
529                 bfqq->ref++;
530                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "get_entity: %p %d",
531                              bfqq, bfqq->ref);
532         }
533 }
534
535 /**
536  * bfq_find_deepest - find the deepest node that an extraction can modify.
537  * @node: the node being removed.
538  *
539  * Do the first step of an extraction in an rb tree, looking for the
540  * node that will replace @node, and returning the deepest node that
541  * the following modifications to the tree can touch.  If @node is the
542  * last node in the tree return %NULL.
543  */
544 static struct rb_node *bfq_find_deepest(struct rb_node *node)
545 {
546         struct rb_node *deepest;
547
548         if (!node->rb_right && !node->rb_left)
549                 deepest = rb_parent(node);
550         else if (!node->rb_right)
551                 deepest = node->rb_left;
552         else if (!node->rb_left)
553                 deepest = node->rb_right;
554         else {
555                 deepest = rb_next(node);
556                 if (deepest->rb_right)
557                         deepest = deepest->rb_right;
558                 else if (rb_parent(deepest) != node)
559                         deepest = rb_parent(deepest);
560         }
561
562         return deepest;
563 }
564
565 /**
566  * bfq_active_extract - remove an entity from the active tree.
567  * @st: the service_tree containing the tree.
568  * @entity: the entity being removed.
569  */
570 static void bfq_active_extract(struct bfq_service_tree *st,
571                                struct bfq_entity *entity)
572 {
573         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
574         struct rb_node *node;
575
576         node = bfq_find_deepest(&entity->rb_node);
577         bfq_extract(&st->active, entity);
578
579         if (node)
580                 bfq_update_active_tree(node);
581         if (bfqq)
582                 list_del(&bfqq->bfqq_list);
583
584         bfq_dec_active_entities(entity);
585 }
586
587 /**
588  * bfq_idle_insert - insert an entity into the idle tree.
589  * @st: the service tree containing the tree.
590  * @entity: the entity to insert.
591  */
592 static void bfq_idle_insert(struct bfq_service_tree *st,
593                             struct bfq_entity *entity)
594 {
595         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
596         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
597         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
598
599         if (!first_idle || bfq_gt(first_idle->finish, entity->finish))
600                 st->first_idle = entity;
601         if (!last_idle || bfq_gt(entity->finish, last_idle->finish))
602                 st->last_idle = entity;
603
604         bfq_insert(&st->idle, entity);
605
606         if (bfqq)
607                 list_add(&bfqq->bfqq_list, &bfqq->bfqd->idle_list);
608 }
609
610 /**
611  * bfq_forget_entity - do not consider entity any longer for scheduling
612  * @st: the service tree.
613  * @entity: the entity being removed.
614  * @is_in_service: true if entity is currently the in-service entity.
615  *
616  * Forget everything about @entity. In addition, if entity represents
617  * a queue, and the latter is not in service, then release the service
618  * reference to the queue (the one taken through bfq_get_entity). In
619  * fact, in this case, there is really no more service reference to
620  * the queue, as the latter is also outside any service tree. If,
621  * instead, the queue is in service, then __bfq_bfqd_reset_in_service
622  * will take care of putting the reference when the queue finally
623  * stops being served.
624  */
625 static void bfq_forget_entity(struct bfq_service_tree *st,
626                               struct bfq_entity *entity,
627                               bool is_in_service)
628 {
629         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
630
631         entity->on_st_or_in_serv = false;
632         st->wsum -= entity->weight;
633         if (bfqq && !is_in_service)
634                 bfq_put_queue(bfqq);
635 }
636
637 /**
638  * bfq_put_idle_entity - release the idle tree ref of an entity.
639  * @st: service tree for the entity.
640  * @entity: the entity being released.
641  */
642 void bfq_put_idle_entity(struct bfq_service_tree *st, struct bfq_entity *entity)
643 {
644         bfq_idle_extract(st, entity);
645         bfq_forget_entity(st, entity,
646                           entity == entity->sched_data->in_service_entity);
647 }
648
649 /**
650  * bfq_forget_idle - update the idle tree if necessary.
651  * @st: the service tree to act upon.
652  *
653  * To preserve the global O(log N) complexity we only remove one entry here;
654  * as the idle tree will not grow indefinitely this can be done safely.
655  */
656 static void bfq_forget_idle(struct bfq_service_tree *st)
657 {
658         struct bfq_entity *first_idle = st->first_idle;
659         struct bfq_entity *last_idle = st->last_idle;
660
661         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active) && last_idle &&
662             !bfq_gt(last_idle->finish, st->vtime)) {
663                 /*
664                  * Forget the whole idle tree, increasing the vtime past
665                  * the last finish time of idle entities.
666                  */
667                 st->vtime = last_idle->finish;
668         }
669
670         if (first_idle && !bfq_gt(first_idle->finish, st->vtime))
671                 bfq_put_idle_entity(st, first_idle);
672 }
673
674 struct bfq_service_tree *bfq_entity_service_tree(struct bfq_entity *entity)
675 {
676         struct bfq_sched_data *sched_data = entity->sched_data;
677         unsigned int idx = bfq_class_idx(entity);
678
679         return sched_data->service_tree + idx;
680 }
681
682 /*
683  * Update weight and priority of entity. If update_class_too is true,
684  * then update the ioprio_class of entity too.
685  *
686  * The reason why the update of ioprio_class is controlled through the
687  * last parameter is as follows. Changing the ioprio class of an
688  * entity implies changing the destination service trees for that
689  * entity. If such a change occurred when the entity is already on one
690  * of the service trees for its previous class, then the state of the
691  * entity would become more complex: none of the new possible service
692  * trees for the entity, according to bfq_entity_service_tree(), would
693  * match any of the possible service trees on which the entity
694  * is. Complex operations involving these trees, such as entity
695  * activations and deactivations, should take into account this
696  * additional complexity.  To avoid this issue, this function is
697  * invoked with update_class_too unset in the points in the code where
698  * entity may happen to be on some tree.
699  */
700 struct bfq_service_tree *
701 __bfq_entity_update_weight_prio(struct bfq_service_tree *old_st,
702                                 struct bfq_entity *entity,
703                                 bool update_class_too)
704 {
705         struct bfq_service_tree *new_st = old_st;
706
707         if (entity->prio_changed) {
708                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
709                 unsigned int prev_weight, new_weight;
710
711                 /* Matches the smp_wmb() in bfq_group_set_weight. */
712                 smp_rmb();
713                 old_st->wsum -= entity->weight;
714
715                 if (entity->new_weight != entity->orig_weight) {
716                         if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT ||
717                             entity->new_weight > BFQ_MAX_WEIGHT) {
718                                 pr_crit("update_weight_prio: new_weight %d\n",
719                                         entity->new_weight);
720                                 if (entity->new_weight < BFQ_MIN_WEIGHT)
721                                         entity->new_weight = BFQ_MIN_WEIGHT;
722                                 else
723                                         entity->new_weight = BFQ_MAX_WEIGHT;
724                         }
725                         entity->orig_weight = entity->new_weight;
726                         if (bfqq)
727                                 bfqq->ioprio =
728                                   bfq_weight_to_ioprio(entity->orig_weight);
729                 }
730
731                 if (bfqq && update_class_too)
732                         bfqq->ioprio_class = bfqq->new_ioprio_class;
733
734                 /*
735                  * Reset prio_changed only if the ioprio_class change
736                  * is not pending any longer.
737                  */
738                 if (!bfqq || bfqq->ioprio_class == bfqq->new_ioprio_class)
739                         entity->prio_changed = 0;
740
741                 /*
742                  * NOTE: here we may be changing the weight too early,
743                  * this will cause unfairness.  The correct approach
744                  * would have required additional complexity to defer
745                  * weight changes to the proper time instants (i.e.,
746                  * when entity->finish <= old_st->vtime).
747                  */
748                 new_st = bfq_entity_service_tree(entity);
749
750                 prev_weight = entity->weight;
751                 new_weight = entity->orig_weight *
752                              (bfqq ? bfqq->wr_coeff : 1);
753                 /*
754                  * If the weight of the entity changes, and the entity is a
755                  * queue, remove the entity from its old weight counter (if
756                  * there is a counter associated with the entity).
757                  */
758                 if (prev_weight != new_weight && bfqq)
759                         bfq_weights_tree_remove(bfqq);
760                 entity->weight = new_weight;
761                 /*
762                  * Add the entity, if it is not a weight-raised queue,
763                  * to the counter associated with its new weight.
764                  */
765                 if (prev_weight != new_weight && bfqq && bfqq->wr_coeff == 1)
766                         bfq_weights_tree_add(bfqq);
767
768                 new_st->wsum += entity->weight;
769
770                 if (new_st != old_st)
771                         entity->start = new_st->vtime;
772         }
773
774         return new_st;
775 }
776
777 /**
778  * bfq_bfqq_served - update the scheduler status after selection for
779  *                   service.
780  * @bfqq: the queue being served.
781  * @served: bytes to transfer.
782  *
783  * NOTE: this can be optimized, as the timestamps of upper level entities
784  * are synchronized every time a new bfqq is selected for service.  By now,
785  * we keep it to better check consistency.
786  */
787 void bfq_bfqq_served(struct bfq_queue *bfqq, int served)
788 {
789         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
790         struct bfq_service_tree *st;
791
792         if (!bfqq->service_from_backlogged)
793                 bfqq->first_IO_time = jiffies;
794
795         if (bfqq->wr_coeff > 1)
796                 bfqq->service_from_wr += served;
797
798         bfqq->service_from_backlogged += served;
799         for_each_entity(entity) {
800                 st = bfq_entity_service_tree(entity);
801
802                 entity->service += served;
803
804                 st->vtime += bfq_delta(served, st->wsum);
805                 bfq_forget_idle(st);
806         }
807         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "bfqq_served %d secs", served);
808 }
809
810 /**
811  * bfq_bfqq_charge_time - charge an amount of service equivalent to the length
812  *                        of the time interval during which bfqq has been in
813  *                        service.
814  * @bfqd: the device
815  * @bfqq: the queue that needs a service update.
816  * @time_ms: the amount of time during which the queue has received service
817  *
818  * If a queue does not consume its budget fast enough, then providing
819  * the queue with service fairness may impair throughput, more or less
820  * severely. For this reason, queues that consume their budget slowly
821  * are provided with time fairness instead of service fairness. This
822  * goal is achieved through the BFQ scheduling engine, even if such an
823  * engine works in the service, and not in the time domain. The trick
824  * is charging these queues with an inflated amount of service, equal
825  * to the amount of service that they would have received during their
826  * service slot if they had been fast, i.e., if their requests had
827  * been dispatched at a rate equal to the estimated peak rate.
828  *
829  * It is worth noting that time fairness can cause important
830  * distortions in terms of bandwidth distribution, on devices with
831  * internal queueing. The reason is that I/O requests dispatched
832  * during the service slot of a queue may be served after that service
833  * slot is finished, and may have a total processing time loosely
834  * correlated with the duration of the service slot. This is
835  * especially true for short service slots.
836  */
837 void bfq_bfqq_charge_time(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
838                           unsigned long time_ms)
839 {
840         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
841         unsigned long timeout_ms = jiffies_to_msecs(bfq_timeout);
842         unsigned long bounded_time_ms = min(time_ms, timeout_ms);
843         int serv_to_charge_for_time =
844                 (bfqd->bfq_max_budget * bounded_time_ms) / timeout_ms;
845         int tot_serv_to_charge = max(serv_to_charge_for_time, entity->service);
846
847         /* Increase budget to avoid inconsistencies */
848         if (tot_serv_to_charge > entity->budget)
849                 entity->budget = tot_serv_to_charge;
850
851         bfq_bfqq_served(bfqq,
852                         max_t(int, 0, tot_serv_to_charge - entity->service));
853 }
854
855 static void bfq_update_fin_time_enqueue(struct bfq_entity *entity,
856                                         struct bfq_service_tree *st,
857                                         bool backshifted)
858 {
859         struct bfq_queue *bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
860
861         /*
862          * When this function is invoked, entity is not in any service
863          * tree, then it is safe to invoke next function with the last
864          * parameter set (see the comments on the function).
865          */
866         st = __bfq_entity_update_weight_prio(st, entity, true);
867         bfq_calc_finish(entity, entity->budget);
868
869         /*
870          * If some queues enjoy backshifting for a while, then their
871          * (virtual) finish timestamps may happen to become lower and
872          * lower than the system virtual time.  In particular, if
873          * these queues often happen to be idle for short time
874          * periods, and during such time periods other queues with
875          * higher timestamps happen to be busy, then the backshifted
876          * timestamps of the former queues can become much lower than
877          * the system virtual time. In fact, to serve the queues with
878          * higher timestamps while the ones with lower timestamps are
879          * idle, the system virtual time may be pushed-up to much
880          * higher values than the finish timestamps of the idle
881          * queues. As a consequence, the finish timestamps of all new
882          * or newly activated queues may end up being much larger than
883          * those of lucky queues with backshifted timestamps. The
884          * latter queues may then monopolize the device for a lot of
885          * time. This would simply break service guarantees.
886          *
887          * To reduce this problem, push up a little bit the
888          * backshifted timestamps of the queue associated with this
889          * entity (only a queue can happen to have the backshifted
890          * flag set): just enough to let the finish timestamp of the
891          * queue be equal to the current value of the system virtual
892          * time. This may introduce a little unfairness among queues
893          * with backshifted timestamps, but it does not break
894          * worst-case fairness guarantees.
895          *
896          * As a special case, if bfqq is weight-raised, push up
897          * timestamps much less, to keep very low the probability that
898          * this push up causes the backshifted finish timestamps of
899          * weight-raised queues to become higher than the backshifted
900          * finish timestamps of non weight-raised queues.
901          */
902         if (backshifted && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
903                 unsigned long delta = st->vtime - entity->finish;
904
905                 if (bfqq)
906                         delta /= bfqq->wr_coeff;
907
908                 entity->start += delta;
909                 entity->finish += delta;
910         }
911
912         bfq_active_insert(st, entity);
913 }
914
915 /**
916  * __bfq_activate_entity - handle activation of entity.
917  * @entity: the entity being activated.
918  * @non_blocking_wait_rq: true if entity was waiting for a request
919  *
920  * Called for a 'true' activation, i.e., if entity is not active and
921  * one of its children receives a new request.
922  *
923  * Basically, this function updates the timestamps of entity and
924  * inserts entity into its active tree, after possibly extracting it
925  * from its idle tree.
926  */
927 static void __bfq_activate_entity(struct bfq_entity *entity,
928                                   bool non_blocking_wait_rq)
929 {
930         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
931         bool backshifted = false;
932         unsigned long long min_vstart;
933
934         /* See comments on bfq_fqq_update_budg_for_activation */
935         if (non_blocking_wait_rq && bfq_gt(st->vtime, entity->finish)) {
936                 backshifted = true;
937                 min_vstart = entity->finish;
938         } else
939                 min_vstart = st->vtime;
940
941         if (entity->tree == &st->idle) {
942                 /*
943                  * Must be on the idle tree, bfq_idle_extract() will
944                  * check for that.
945                  */
946                 bfq_idle_extract(st, entity);
947                 entity->start = bfq_gt(min_vstart, entity->finish) ?
948                         min_vstart : entity->finish;
949         } else {
950                 /*
951                  * The finish time of the entity may be invalid, and
952                  * it is in the past for sure, otherwise the queue
953                  * would have been on the idle tree.
954                  */
955                 entity->start = min_vstart;
956                 st->wsum += entity->weight;
957                 /*
958                  * entity is about to be inserted into a service tree,
959                  * and then set in service: get a reference to make
960                  * sure entity does not disappear until it is no
961                  * longer in service or scheduled for service.
962                  */
963                 bfq_get_entity(entity);
964
965                 entity->on_st_or_in_serv = true;
966         }
967
968         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, backshifted);
969 }
970
971 /**
972  * __bfq_requeue_entity - handle requeueing or repositioning of an entity.
973  * @entity: the entity being requeued or repositioned.
974  *
975  * Requeueing is needed if this entity stops being served, which
976  * happens if a leaf descendant entity has expired. On the other hand,
977  * repositioning is needed if the next_inservice_entity for the child
978  * entity has changed. See the comments inside the function for
979  * details.
980  *
981  * Basically, this function: 1) removes entity from its active tree if
982  * present there, 2) updates the timestamps of entity and 3) inserts
983  * entity back into its active tree (in the new, right position for
984  * the new values of the timestamps).
985  */
986 static void __bfq_requeue_entity(struct bfq_entity *entity)
987 {
988         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
989         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
990
991         if (entity == sd->in_service_entity) {
992                 /*
993                  * We are requeueing the current in-service entity,
994                  * which may have to be done for one of the following
995                  * reasons:
996                  * - entity represents the in-service queue, and the
997                  *   in-service queue is being requeued after an
998                  *   expiration;
999                  * - entity represents a group, and its budget has
1000                  *   changed because one of its child entities has
1001                  *   just been either activated or requeued for some
1002                  *   reason; the timestamps of the entity need then to
1003                  *   be updated, and the entity needs to be enqueued
1004                  *   or repositioned accordingly.
1005                  *
1006                  * In particular, before requeueing, the start time of
1007                  * the entity must be moved forward to account for the
1008                  * service that the entity has received while in
1009                  * service. This is done by the next instructions. The
1010                  * finish time will then be updated according to this
1011                  * new value of the start time, and to the budget of
1012                  * the entity.
1013                  */
1014                 bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1015                 entity->start = entity->finish;
1016                 /*
1017                  * In addition, if the entity had more than one child
1018                  * when set in service, then it was not extracted from
1019                  * the active tree. This implies that the position of
1020                  * the entity in the active tree may need to be
1021                  * changed now, because we have just updated the start
1022                  * time of the entity, and we will update its finish
1023                  * time in a moment (the requeueing is then, more
1024                  * precisely, a repositioning in this case). To
1025                  * implement this repositioning, we: 1) dequeue the
1026                  * entity here, 2) update the finish time and requeue
1027                  * the entity according to the new timestamps below.
1028                  */
1029                 if (entity->tree)
1030                         bfq_active_extract(st, entity);
1031         } else { /* The entity is already active, and not in service */
1032                 /*
1033                  * In this case, this function gets called only if the
1034                  * next_in_service entity below this entity has
1035                  * changed, and this change has caused the budget of
1036                  * this entity to change, which, finally implies that
1037                  * the finish time of this entity must be
1038                  * updated. Such an update may cause the scheduling,
1039                  * i.e., the position in the active tree, of this
1040                  * entity to change. We handle this change by: 1)
1041                  * dequeueing the entity here, 2) updating the finish
1042                  * time and requeueing the entity according to the new
1043                  * timestamps below. This is the same approach as the
1044                  * non-extracted-entity sub-case above.
1045                  */
1046                 bfq_active_extract(st, entity);
1047         }
1048
1049         bfq_update_fin_time_enqueue(entity, st, false);
1050 }
1051
1052 static void __bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1053                                           bool non_blocking_wait_rq)
1054 {
1055         struct bfq_service_tree *st = bfq_entity_service_tree(entity);
1056
1057         if (entity->sched_data->in_service_entity == entity ||
1058             entity->tree == &st->active)
1059                  /*
1060                   * in service or already queued on the active tree,
1061                   * requeue or reposition
1062                   */
1063                 __bfq_requeue_entity(entity);
1064         else
1065                 /*
1066                  * Not in service and not queued on its active tree:
1067                  * the activity is idle and this is a true activation.
1068                  */
1069                 __bfq_activate_entity(entity, non_blocking_wait_rq);
1070 }
1071
1072
1073 /**
1074  * bfq_activate_requeue_entity - activate or requeue an entity representing a
1075  *                               bfq_queue, and activate, requeue or reposition
1076  *                               all ancestors for which such an update becomes
1077  *                               necessary.
1078  * @entity: the entity to activate.
1079  * @non_blocking_wait_rq: true if this entity was waiting for a request
1080  * @requeue: true if this is a requeue, which implies that bfqq is
1081  *           being expired; thus ALL its ancestors stop being served and must
1082  *           therefore be requeued
1083  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1084  *             of the in-service queue
1085  */
1086 static void bfq_activate_requeue_entity(struct bfq_entity *entity,
1087                                         bool non_blocking_wait_rq,
1088                                         bool requeue, bool expiration)
1089 {
1090         for_each_entity(entity) {
1091                 __bfq_activate_requeue_entity(entity, non_blocking_wait_rq);
1092                 if (!bfq_update_next_in_service(entity->sched_data, entity,
1093                                                 expiration) && !requeue)
1094                         break;
1095         }
1096 }
1097
1098 /**
1099  * __bfq_deactivate_entity - update sched_data and service trees for
1100  * entity, so as to represent entity as inactive
1101  * @entity: the entity being deactivated.
1102  * @ins_into_idle_tree: if false, the entity will not be put into the
1103  *                      idle tree.
1104  *
1105  * If necessary and allowed, puts entity into the idle tree. NOTE:
1106  * entity may be on no tree if in service.
1107  */
1108 bool __bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity, bool ins_into_idle_tree)
1109 {
1110         struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1111         struct bfq_service_tree *st;
1112         bool is_in_service;
1113
1114         if (!entity->on_st_or_in_serv) /*
1115                                         * entity never activated, or
1116                                         * already inactive
1117                                         */
1118                 return false;
1119
1120         /*
1121          * If we get here, then entity is active, which implies that
1122          * bfq_group_set_parent has already been invoked for the group
1123          * represented by entity. Therefore, the field
1124          * entity->sched_data has been set, and we can safely use it.
1125          */
1126         st = bfq_entity_service_tree(entity);
1127         is_in_service = entity == sd->in_service_entity;
1128
1129         bfq_calc_finish(entity, entity->service);
1130
1131         if (is_in_service)
1132                 sd->in_service_entity = NULL;
1133         else
1134                 /*
1135                  * Non in-service entity: nobody will take care of
1136                  * resetting its service counter on expiration. Do it
1137                  * now.
1138                  */
1139                 entity->service = 0;
1140
1141         if (entity->tree == &st->active)
1142                 bfq_active_extract(st, entity);
1143         else if (!is_in_service && entity->tree == &st->idle)
1144                 bfq_idle_extract(st, entity);
1145
1146         if (!ins_into_idle_tree || !bfq_gt(entity->finish, st->vtime))
1147                 bfq_forget_entity(st, entity, is_in_service);
1148         else
1149                 bfq_idle_insert(st, entity);
1150
1151         return true;
1152 }
1153
1154 /**
1155  * bfq_deactivate_entity - deactivate an entity representing a bfq_queue.
1156  * @entity: the entity to deactivate.
1157  * @ins_into_idle_tree: true if the entity can be put into the idle tree
1158  * @expiration: true if this function is being invoked in the expiration path
1159  *             of the in-service queue
1160  */
1161 static void bfq_deactivate_entity(struct bfq_entity *entity,
1162                                   bool ins_into_idle_tree,
1163                                   bool expiration)
1164 {
1165         struct bfq_sched_data *sd;
1166         struct bfq_entity *parent = NULL;
1167
1168         for_each_entity_safe(entity, parent) {
1169                 sd = entity->sched_data;
1170
1171                 if (!__bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree)) {
1172                         /*
1173                          * entity is not in any tree any more, so
1174                          * this deactivation is a no-op, and there is
1175                          * nothing to change for upper-level entities
1176                          * (in case of expiration, this can never
1177                          * happen).
1178                          */
1179                         return;
1180                 }
1181
1182                 if (sd->next_in_service == entity)
1183                         /*
1184                          * entity was the next_in_service entity,
1185                          * then, since entity has just been
1186                          * deactivated, a new one must be found.
1187                          */
1188                         bfq_update_next_in_service(sd, NULL, expiration);
1189
1190                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
1191                         /*
1192                          * The parent entity is still active, because
1193                          * either next_in_service or in_service_entity
1194                          * is not NULL. So, no further upwards
1195                          * deactivation must be performed.  Yet,
1196                          * next_in_service has changed. Then the
1197                          * schedule does need to be updated upwards.
1198                          *
1199                          * NOTE If in_service_entity is not NULL, then
1200                          * next_in_service may happen to be NULL,
1201                          * although the parent entity is evidently
1202                          * active. This happens if 1) the entity
1203                          * pointed by in_service_entity is the only
1204                          * active entity in the parent entity, and 2)
1205                          * according to the definition of
1206                          * next_in_service, the in_service_entity
1207                          * cannot be considered as
1208                          * next_in_service. See the comments on the
1209                          * definition of next_in_service for details.
1210                          */
1211                         break;
1212                 }
1213
1214                 /*
1215                  * If we get here, then the parent is no more
1216                  * backlogged and we need to propagate the
1217                  * deactivation upwards. Thus let the loop go on.
1218                  */
1219
1220                 /*
1221                  * Also let parent be queued into the idle tree on
1222                  * deactivation, to preserve service guarantees, and
1223                  * assuming that who invoked this function does not
1224                  * need parent entities too to be removed completely.
1225                  */
1226                 ins_into_idle_tree = true;
1227         }
1228
1229         /*
1230          * If the deactivation loop is fully executed, then there are
1231          * no more entities to touch and next loop is not executed at
1232          * all. Otherwise, requeue remaining entities if they are
1233          * about to stop receiving service, or reposition them if this
1234          * is not the case.
1235          */
1236         entity = parent;
1237         for_each_entity(entity) {
1238                 /*
1239                  * Invoke __bfq_requeue_entity on entity, even if
1240                  * already active, to requeue/reposition it in the
1241                  * active tree (because sd->next_in_service has
1242                  * changed)
1243                  */
1244                 __bfq_requeue_entity(entity);
1245
1246                 sd = entity->sched_data;
1247                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, entity, expiration) &&
1248                     !expiration)
1249                         /*
1250                          * next_in_service unchanged or not causing
1251                          * any change in entity->parent->sd, and no
1252                          * requeueing needed for expiration: stop
1253                          * here.
1254                          */
1255                         break;
1256         }
1257 }
1258
1259 /**
1260  * bfq_calc_vtime_jump - compute the value to which the vtime should jump,
1261  *                       if needed, to have at least one entity eligible.
1262  * @st: the service tree to act upon.
1263  *
1264  * Assumes that st is not empty.
1265  */
1266 static u64 bfq_calc_vtime_jump(struct bfq_service_tree *st)
1267 {
1268         struct bfq_entity *root_entity = bfq_root_active_entity(&st->active);
1269
1270         if (bfq_gt(root_entity->min_start, st->vtime))
1271                 return root_entity->min_start;
1272
1273         return st->vtime;
1274 }
1275
1276 static void bfq_update_vtime(struct bfq_service_tree *st, u64 new_value)
1277 {
1278         if (new_value > st->vtime) {
1279                 st->vtime = new_value;
1280                 bfq_forget_idle(st);
1281         }
1282 }
1283
1284 /**
1285  * bfq_first_active_entity - find the eligible entity with
1286  *                           the smallest finish time
1287  * @st: the service tree to select from.
1288  * @vtime: the system virtual to use as a reference for eligibility
1289  *
1290  * This function searches the first schedulable entity, starting from the
1291  * root of the tree and going on the left every time on this side there is
1292  * a subtree with at least one eligible (start <= vtime) entity. The path on
1293  * the right is followed only if a) the left subtree contains no eligible
1294  * entities and b) no eligible entity has been found yet.
1295  */
1296 static struct bfq_entity *bfq_first_active_entity(struct bfq_service_tree *st,
1297                                                   u64 vtime)
1298 {
1299         struct bfq_entity *entry, *first = NULL;
1300         struct rb_node *node = st->active.rb_node;
1301
1302         while (node) {
1303                 entry = rb_entry(node, struct bfq_entity, rb_node);
1304 left:
1305                 if (!bfq_gt(entry->start, vtime))
1306                         first = entry;
1307
1308                 if (node->rb_left) {
1309                         entry = rb_entry(node->rb_left,
1310                                          struct bfq_entity, rb_node);
1311                         if (!bfq_gt(entry->min_start, vtime)) {
1312                                 node = node->rb_left;
1313                                 goto left;
1314                         }
1315                 }
1316                 if (first)
1317                         break;
1318                 node = node->rb_right;
1319         }
1320
1321         return first;
1322 }
1323
1324 /**
1325  * __bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @st.
1326  * @st: the service tree.
1327  * @in_service: whether or not there is an in-service entity for the sched_data
1328  *      this active tree belongs to.
1329  *
1330  * If there is no in-service entity for the sched_data st belongs to,
1331  * then return the entity that will be set in service if:
1332  * 1) the parent entity this st belongs to is set in service;
1333  * 2) no entity belonging to such parent entity undergoes a state change
1334  * that would influence the timestamps of the entity (e.g., becomes idle,
1335  * becomes backlogged, changes its budget, ...).
1336  *
1337  * In this first case, update the virtual time in @st too (see the
1338  * comments on this update inside the function).
1339  *
1340  * In contrast, if there is an in-service entity, then return the
1341  * entity that would be set in service if not only the above
1342  * conditions, but also the next one held true: the currently
1343  * in-service entity, on expiration,
1344  * 1) gets a finish time equal to the current one, or
1345  * 2) is not eligible any more, or
1346  * 3) is idle.
1347  */
1348 static struct bfq_entity *
1349 __bfq_lookup_next_entity(struct bfq_service_tree *st, bool in_service)
1350 {
1351         struct bfq_entity *entity;
1352         u64 new_vtime;
1353
1354         if (RB_EMPTY_ROOT(&st->active))
1355                 return NULL;
1356
1357         /*
1358          * Get the value of the system virtual time for which at
1359          * least one entity is eligible.
1360          */
1361         new_vtime = bfq_calc_vtime_jump(st);
1362
1363         /*
1364          * If there is no in-service entity for the sched_data this
1365          * active tree belongs to, then push the system virtual time
1366          * up to the value that guarantees that at least one entity is
1367          * eligible. If, instead, there is an in-service entity, then
1368          * do not make any such update, because there is already an
1369          * eligible entity, namely the in-service one (even if the
1370          * entity is not on st, because it was extracted when set in
1371          * service).
1372          */
1373         if (!in_service)
1374                 bfq_update_vtime(st, new_vtime);
1375
1376         entity = bfq_first_active_entity(st, new_vtime);
1377
1378         return entity;
1379 }
1380
1381 /**
1382  * bfq_lookup_next_entity - return the first eligible entity in @sd.
1383  * @sd: the sched_data.
1384  * @expiration: true if we are on the expiration path of the in-service queue
1385  *
1386  * This function is invoked when there has been a change in the trees
1387  * for sd, and we need to know what is the new next entity to serve
1388  * after this change.
1389  */
1390 static struct bfq_entity *bfq_lookup_next_entity(struct bfq_sched_data *sd,
1391                                                  bool expiration)
1392 {
1393         struct bfq_service_tree *st = sd->service_tree;
1394         struct bfq_service_tree *idle_class_st = st + (BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1);
1395         struct bfq_entity *entity = NULL;
1396         int class_idx = 0;
1397
1398         /*
1399          * Choose from idle class, if needed to guarantee a minimum
1400          * bandwidth to this class (and if there is some active entity
1401          * in idle class). This should also mitigate
1402          * priority-inversion problems in case a low priority task is
1403          * holding file system resources.
1404          */
1405         if (time_is_before_jiffies(sd->bfq_class_idle_last_service +
1406                                    BFQ_CL_IDLE_TIMEOUT)) {
1407                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&idle_class_st->active))
1408                         class_idx = BFQ_IOPRIO_CLASSES - 1;
1409                 /* About to be served if backlogged, or not yet backlogged */
1410                 sd->bfq_class_idle_last_service = jiffies;
1411         }
1412
1413         /*
1414          * Find the next entity to serve for the highest-priority
1415          * class, unless the idle class needs to be served.
1416          */
1417         for (; class_idx < BFQ_IOPRIO_CLASSES; class_idx++) {
1418                 /*
1419                  * If expiration is true, then bfq_lookup_next_entity
1420                  * is being invoked as a part of the expiration path
1421                  * of the in-service queue. In this case, even if
1422                  * sd->in_service_entity is not NULL,
1423                  * sd->in_service_entity at this point is actually not
1424                  * in service any more, and, if needed, has already
1425                  * been properly queued or requeued into the right
1426                  * tree. The reason why sd->in_service_entity is still
1427                  * not NULL here, even if expiration is true, is that
1428                  * sd->in_service_entity is reset as a last step in the
1429                  * expiration path. So, if expiration is true, tell
1430                  * __bfq_lookup_next_entity that there is no
1431                  * sd->in_service_entity.
1432                  */
1433                 entity = __bfq_lookup_next_entity(st + class_idx,
1434                                                   sd->in_service_entity &&
1435                                                   !expiration);
1436
1437                 if (entity)
1438                         break;
1439         }
1440
1441         return entity;
1442 }
1443
1444 bool next_queue_may_preempt(struct bfq_data *bfqd)
1445 {
1446         struct bfq_sched_data *sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1447
1448         return sd->next_in_service != sd->in_service_entity;
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Get next queue for service.
1453  */
1454 struct bfq_queue *bfq_get_next_queue(struct bfq_data *bfqd)
1455 {
1456         struct bfq_entity *entity = NULL;
1457         struct bfq_sched_data *sd;
1458         struct bfq_queue *bfqq;
1459
1460         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
1461                 return NULL;
1462
1463         /*
1464          * Traverse the path from the root to the leaf entity to
1465          * serve. Set in service all the entities visited along the
1466          * way.
1467          */
1468         sd = &bfqd->root_group->sched_data;
1469         for (; sd ; sd = entity->my_sched_data) {
1470                 /*
1471                  * WARNING. We are about to set the in-service entity
1472                  * to sd->next_in_service, i.e., to the (cached) value
1473                  * returned by bfq_lookup_next_entity(sd) the last
1474                  * time it was invoked, i.e., the last time when the
1475                  * service order in sd changed as a consequence of the
1476                  * activation or deactivation of an entity. In this
1477                  * respect, if we execute bfq_lookup_next_entity(sd)
1478                  * in this very moment, it may, although with low
1479                  * probability, yield a different entity than that
1480                  * pointed to by sd->next_in_service. This rare event
1481                  * happens in case there was no CLASS_IDLE entity to
1482                  * serve for sd when bfq_lookup_next_entity(sd) was
1483                  * invoked for the last time, while there is now one
1484                  * such entity.
1485                  *
1486                  * If the above event happens, then the scheduling of
1487                  * such entity in CLASS_IDLE is postponed until the
1488                  * service of the sd->next_in_service entity
1489                  * finishes. In fact, when the latter is expired,
1490                  * bfq_lookup_next_entity(sd) gets called again,
1491                  * exactly to update sd->next_in_service.
1492                  */
1493
1494                 /* Make next_in_service entity become in_service_entity */
1495                 entity = sd->next_in_service;
1496                 sd->in_service_entity = entity;
1497
1498                 /*
1499                  * If entity is no longer a candidate for next
1500                  * service, then it must be extracted from its active
1501                  * tree, so as to make sure that it won't be
1502                  * considered when computing next_in_service. See the
1503                  * comments on the function
1504                  * bfq_no_longer_next_in_service() for details.
1505                  */
1506                 if (bfq_no_longer_next_in_service(entity))
1507                         bfq_active_extract(bfq_entity_service_tree(entity),
1508                                            entity);
1509
1510                 /*
1511                  * Even if entity is not to be extracted according to
1512                  * the above check, a descendant entity may get
1513                  * extracted in one of the next iterations of this
1514                  * loop. Such an event could cause a change in
1515                  * next_in_service for the level of the descendant
1516                  * entity, and thus possibly back to this level.
1517                  *
1518                  * However, we cannot perform the resulting needed
1519                  * update of next_in_service for this level before the
1520                  * end of the whole loop, because, to know which is
1521                  * the correct next-to-serve candidate entity for each
1522                  * level, we need first to find the leaf entity to set
1523                  * in service. In fact, only after we know which is
1524                  * the next-to-serve leaf entity, we can discover
1525                  * whether the parent entity of the leaf entity
1526                  * becomes the next-to-serve, and so on.
1527                  */
1528         }
1529
1530         bfqq = bfq_entity_to_bfqq(entity);
1531
1532         /*
1533          * We can finally update all next-to-serve entities along the
1534          * path from the leaf entity just set in service to the root.
1535          */
1536         for_each_entity(entity) {
1537                 struct bfq_sched_data *sd = entity->sched_data;
1538
1539                 if (!bfq_update_next_in_service(sd, NULL, false))
1540                         break;
1541         }
1542
1543         return bfqq;
1544 }
1545
1546 /* returns true if the in-service queue gets freed */
1547 bool __bfq_bfqd_reset_in_service(struct bfq_data *bfqd)
1548 {
1549         struct bfq_queue *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1550         struct bfq_entity *in_serv_entity = &in_serv_bfqq->entity;
1551         struct bfq_entity *entity = in_serv_entity;
1552
1553         bfq_clear_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq);
1554         hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
1555         bfqd->in_service_queue = NULL;
1556
1557         /*
1558          * When this function is called, all in-service entities have
1559          * been properly deactivated or requeued, so we can safely
1560          * execute the final step: reset in_service_entity along the
1561          * path from entity to the root.
1562          */
1563         for_each_entity(entity)
1564                 entity->sched_data->in_service_entity = NULL;
1565
1566         /*
1567          * in_serv_entity is no longer in service, so, if it is in no
1568          * service tree either, then release the service reference to
1569          * the queue it represents (taken with bfq_get_entity).
1570          */
1571         if (!in_serv_entity->on_st_or_in_serv) {
1572                 /*
1573                  * If no process is referencing in_serv_bfqq any
1574                  * longer, then the service reference may be the only
1575                  * reference to the queue. If this is the case, then
1576                  * bfqq gets freed here.
1577                  */
1578                 int ref = in_serv_bfqq->ref;
1579                 bfq_put_queue(in_serv_bfqq);
1580                 if (ref == 1)
1581                         return true;
1582         }
1583
1584         return false;
1585 }
1586
1587 void bfq_deactivate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1588                          bool ins_into_idle_tree, bool expiration)
1589 {
1590         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1591
1592         bfq_deactivate_entity(entity, ins_into_idle_tree, expiration);
1593 }
1594
1595 void bfq_activate_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1596 {
1597         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1598
1599         bfq_activate_requeue_entity(entity, bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq),
1600                                     false, false);
1601         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1602 }
1603
1604 void bfq_requeue_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1605                       bool expiration)
1606 {
1607         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1608
1609         bfq_activate_requeue_entity(entity, false,
1610                                     bfqq == bfqd->in_service_queue, expiration);
1611 }
1612
1613 void bfq_add_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(struct bfq_queue *bfqq)
1614 {
1615 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1616         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1617
1618         if (!entity->in_groups_with_pending_reqs) {
1619                 entity->in_groups_with_pending_reqs = true;
1620                 if (!(bfqq_group(bfqq)->num_queues_with_pending_reqs++))
1621                         bfqq->bfqd->num_groups_with_pending_reqs++;
1622         }
1623 #endif
1624 }
1625
1626 void bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(struct bfq_queue *bfqq)
1627 {
1628 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
1629         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1630
1631         if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
1632                 entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
1633                 if (!(--bfqq_group(bfqq)->num_queues_with_pending_reqs))
1634                         bfqq->bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
1635         }
1636 #endif
1637 }
1638
1639 /*
1640  * Called when the bfqq no longer has requests pending, remove it from
1641  * the service tree. As a special case, it can be invoked during an
1642  * expiration.
1643  */
1644 void bfq_del_bfqq_busy(struct bfq_queue *bfqq, bool expiration)
1645 {
1646         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1647
1648         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "del from busy");
1649
1650         bfq_clear_bfqq_busy(bfqq);
1651
1652         bfqd->busy_queues[bfqq->ioprio_class - 1]--;
1653
1654         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1655                 bfqd->wr_busy_queues--;
1656
1657         bfqg_stats_update_dequeue(bfqq_group(bfqq));
1658
1659         bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, true, expiration);
1660
1661         if (!bfqq->dispatched) {
1662                 bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(bfqq);
1663                 /*
1664                  * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
1665                  * freed. DO NOT use bfqq after the next function invocation.
1666                  */
1667                 bfq_weights_tree_remove(bfqq);
1668         }
1669 }
1670
1671 /*
1672  * Called when an inactive queue receives a new request.
1673  */
1674 void bfq_add_bfqq_busy(struct bfq_queue *bfqq)
1675 {
1676         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1677
1678         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add to busy");
1679
1680         bfq_activate_bfqq(bfqd, bfqq);
1681
1682         bfq_mark_bfqq_busy(bfqq);
1683         bfqd->busy_queues[bfqq->ioprio_class - 1]++;
1684
1685         if (!bfqq->dispatched) {
1686                 bfq_add_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(bfqq);
1687                 if (bfqq->wr_coeff == 1)
1688                         bfq_weights_tree_add(bfqq);
1689         }
1690
1691         if (bfqq->wr_coeff > 1)
1692                 bfqd->wr_busy_queues++;
1693
1694         /* Move bfqq to the head of the woken list of its waker */
1695         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node) &&
1696             &bfqq->woken_list_node != bfqq->waker_bfqq->woken_list.first) {
1697                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
1698                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
1699                                &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
1700         }
1701 }