Quelle  kyber-iosched.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * The Kyber I/O scheduler. Controls latency by throttling queue depths using
 * scalable techniques.
 *
 * Copyright (C) 2017 Facebook
 */

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/sbitmap.h>

#include <trace/events/block.h>

#include "elevator.h"
#include "blk.h"
#include "blk-mq.h"
#include "blk-mq-debugfs.h"
#include "blk-mq-sched.h"

#define CREATE_TRACE_POINTS
#include <trace/events/kyber.h>

/*
 * Scheduling domains: the device is divided into multiple domains based on the
 * request type.
 */
enum {
 KYBER_READ,
 KYBER_WRITE,
 KYBER_DISCARD,
 KYBER_OTHER,
 KYBER_NUM_DOMAINS,
};

static const char *kyber_domain_names[] = {
 [KYBER_READ] = "READ",
 [KYBER_WRITE] = "WRITE",
 [KYBER_DISCARD] = "DISCARD",
 [KYBER_OTHER] = "OTHER",
};

enum {
 /*
  * In order to prevent starvation of synchronous requests by a flood of
  * asynchronous requests, we reserve 25% of requests for synchronous
  * operations.
 */
 KYBER_ASYNC_PERCENT = 75,
};

/*
 * Maximum device-wide depth for each scheduling domain.
 *
 * Even for fast devices with lots of tags like NVMe, you can saturate the
 * device with only a fraction of the maximum possible queue depth. So, we cap
 * these to a reasonable value.
 */
static const unsigned int kyber_depth[] = {
 [KYBER_READ] = 256,
 [KYBER_WRITE] = 128,
 [KYBER_DISCARD] = 64,
 [KYBER_OTHER] = 16,
};

/*
 * Default latency targets for each scheduling domain.
 */
static const u64 kyber_latency_targets[] = {
 [KYBER_READ] = 2ULL * NSEC_PER_MSEC,
 [KYBER_WRITE] = 10ULL * NSEC_PER_MSEC,
 [KYBER_DISCARD] = 5ULL * NSEC_PER_SEC,
};

/*
 * Batch size (number of requests we'll dispatch in a row) for each scheduling
 * domain.
 */
static const unsigned int kyber_batch_size[] = {
 [KYBER_READ] = 16,
 [KYBER_WRITE] = 8,
 [KYBER_DISCARD] = 1,
 [KYBER_OTHER] = 1,
};

/*
 * Requests latencies are recorded in a histogram with buckets defined relative
 * to the target latency:
 *
 * <= 1/4 * target latency
 * <= 1/2 * target latency
 * <= 3/4 * target latency
 * <= target latency
 * <= 1 1/4 * target latency
 * <= 1 1/2 * target latency
 * <= 1 3/4 * target latency
 * > 1 3/4 * target latency
 */
enum {
 /*
  * The width of the latency histogram buckets is
  * 1 / (1 << KYBER_LATENCY_SHIFT) * target latency.
 */
 KYBER_LATENCY_SHIFT = 2,
 /*
  * The first (1 << KYBER_LATENCY_SHIFT) buckets are <= target latency,
  * thus, "good".
 */
 KYBER_GOOD_BUCKETS = 1 << KYBER_LATENCY_SHIFT,
 /* There are also (1 << KYBER_LATENCY_SHIFT) "bad" buckets. */
 KYBER_LATENCY_BUCKETS = 2 << KYBER_LATENCY_SHIFT,
};

/*
 * We measure both the total latency and the I/O latency (i.e., latency after
 * submitting to the device).
 */
enum {
 KYBER_TOTAL_LATENCY,
 KYBER_IO_LATENCY,
};

static const char *kyber_latency_type_names[] = {
 [KYBER_TOTAL_LATENCY] = "total",
 [KYBER_IO_LATENCY] = "I/O",
};

/*
 * Per-cpu latency histograms: total latency and I/O latency for each scheduling
 * domain except for KYBER_OTHER.
 */
struct kyber_cpu_latency {
 atomic_t buckets[KYBER_OTHER][2][KYBER_LATENCY_BUCKETS];
};

/*
 * There is a same mapping between ctx & hctx and kcq & khd,
 * we use request->mq_ctx->index_hw to index the kcq in khd.
 */
struct kyber_ctx_queue {
 /*
  * Used to ensure operations on rq_list and kcq_map to be an atmoic one.
  * Also protect the rqs on rq_list when merge.
 */
 spinlock_t lock;
 struct list_head rq_list[KYBER_NUM_DOMAINS];
} ____cacheline_aligned_in_smp;

struct kyber_queue_data {
 struct request_queue *q;
 dev_t dev;

 /*
  * Each scheduling domain has a limited number of in-flight requests
  * device-wide, limited by these tokens.
 */
 struct sbitmap_queue domain_tokens[KYBER_NUM_DOMAINS];

 /* Number of allowed async requests. */
 unsigned int async_depth;

 struct kyber_cpu_latency __percpu *cpu_latency;

 /* Timer for stats aggregation and adjusting domain tokens. */
 struct timer_list timer;

 unsigned int latency_buckets[KYBER_OTHER][2][KYBER_LATENCY_BUCKETS];

 unsigned long latency_timeout[KYBER_OTHER];

 int domain_p99[KYBER_OTHER];

 /* Target latencies in nanoseconds. */
 u64 latency_targets[KYBER_OTHER];
};

struct kyber_hctx_data {
 spinlock_t lock;
 struct list_head rqs[KYBER_NUM_DOMAINS];
 unsigned int cur_domain;
 unsigned int batching;
 struct kyber_ctx_queue *kcqs;
 struct sbitmap kcq_map[KYBER_NUM_DOMAINS];
 struct sbq_wait domain_wait[KYBER_NUM_DOMAINS];
 struct sbq_wait_state *domain_ws[KYBER_NUM_DOMAINS];
 atomic_t wait_index[KYBER_NUM_DOMAINS];
};

static int kyber_domain_wake(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int flags,
        void *key);

static unsigned int kyber_sched_domain(blk_opf_t opf)
{
 switch (opf & REQ_OP_MASK) {
 case REQ_OP_READ:
  return KYBER_READ;
 case REQ_OP_WRITE:
  return KYBER_WRITE;
 case REQ_OP_DISCARD:
  return KYBER_DISCARD;
 default:
  return KYBER_OTHER;
 }
}

static void flush_latency_buckets(struct kyber_queue_data *kqd,
      struct kyber_cpu_latency *cpu_latency,
      unsigned int sched_domain, unsigned int type)
{
 unsigned int *buckets = kqd->latency_buckets[sched_domain][type];
 atomic_t *cpu_buckets = cpu_latency->buckets[sched_domain][type];
 unsigned int bucket;

 for (bucket = 0; bucket < KYBER_LATENCY_BUCKETS; bucket++)
  buckets[bucket] += atomic_xchg(&cpu_buckets[bucket], 0);
}

/*
 * Calculate the histogram bucket with the given percentile rank, or -1 if there
 * aren't enough samples yet.
 */
static int calculate_percentile(struct kyber_queue_data *kqd,
    unsigned int sched_domain, unsigned int type,
    unsigned int percentile)
{
 unsigned int *buckets = kqd->latency_buckets[sched_domain][type];
 unsigned int bucket, samples = 0, percentile_samples;

 for (bucket = 0; bucket < KYBER_LATENCY_BUCKETS; bucket++)
  samples += buckets[bucket];

 if (!samples)
  return -1;

 /*
  * We do the calculation once we have 500 samples or one second passes
  * since the first sample was recorded, whichever comes first.
 */
 if (!kqd->latency_timeout[sched_domain])
  kqd->latency_timeout[sched_domain] = max(jiffies + HZ, 1UL);
 if (samples < 500 &&
     time_is_after_jiffies(kqd->latency_timeout[sched_domain])) {
  return -1;
 }
 kqd->latency_timeout[sched_domain] = 0;

 percentile_samples = DIV_ROUND_UP(samples * percentile, 100);
 for (bucket = 0; bucket < KYBER_LATENCY_BUCKETS - 1; bucket++) {
  if (buckets[bucket] >= percentile_samples)
   break;
  percentile_samples -= buckets[bucket];
 }
 memset(buckets, 0, sizeof(kqd->latency_buckets[sched_domain][type]));

 trace_kyber_latency(kqd->dev, kyber_domain_names[sched_domain],
       kyber_latency_type_names[type], percentile,
       bucket + 1, 1 << KYBER_LATENCY_SHIFT, samples);

 return bucket;
}

static void kyber_resize_domain(struct kyber_queue_data *kqd,
    unsigned int sched_domain, unsigned int depth)
{
 depth = clamp(depth, 1U, kyber_depth[sched_domain]);
 if (depth != kqd->domain_tokens[sched_domain].sb.depth) {
  sbitmap_queue_resize(&kqd->domain_tokens[sched_domain], depth);
  trace_kyber_adjust(kqd->dev, kyber_domain_names[sched_domain],
       depth);
 }
}

static void kyber_timer_fn(struct timer_list *t)
{
 struct kyber_queue_data *kqd = timer_container_of(kqd, t, timer);
 unsigned int sched_domain;
 int cpu;
 bool bad = false;

 /* Sum all of the per-cpu latency histograms. */
 for_each_online_cpu(cpu) {
  struct kyber_cpu_latency *cpu_latency;

  cpu_latency = per_cpu_ptr(kqd->cpu_latency, cpu);
  for (sched_domain = 0; sched_domain < KYBER_OTHER; sched_domain++) {
   flush_latency_buckets(kqd, cpu_latency, sched_domain,
           KYBER_TOTAL_LATENCY);
   flush_latency_buckets(kqd, cpu_latency, sched_domain,
           KYBER_IO_LATENCY);
  }
 }

 /*
  * Check if any domains have a high I/O latency, which might indicate
  * congestion in the device. Note that we use the p90; we don't want to
  * be too sensitive to outliers here.
 */
 for (sched_domain = 0; sched_domain < KYBER_OTHER; sched_domain++) {
  int p90;

  p90 = calculate_percentile(kqd, sched_domain, KYBER_IO_LATENCY,
        90);
  if (p90 >= KYBER_GOOD_BUCKETS)
   bad = true;
 }

 /*
  * Adjust the scheduling domain depths. If we determined that there was
  * congestion, we throttle all domains with good latencies. Either way,
  * we ease up on throttling domains with bad latencies.
 */
 for (sched_domain = 0; sched_domain < KYBER_OTHER; sched_domain++) {
  unsigned int orig_depth, depth;
  int p99;

  p99 = calculate_percentile(kqd, sched_domain,
        KYBER_TOTAL_LATENCY, 99);
  /*
   * This is kind of subtle: different domains will not
   * necessarily have enough samples to calculate the latency
   * percentiles during the same window, so we have to remember
   * the p99 for the next time we observe congestion; once we do,
   * we don't want to throttle again until we get more data, so we
   * reset it to -1.
 */
  if (bad) {
   if (p99 < 0)
    p99 = kqd->domain_p99[sched_domain];
   kqd->domain_p99[sched_domain] = -1;
  } else if (p99 >= 0) {
   kqd->domain_p99[sched_domain] = p99;
  }
  if (p99 < 0)
   continue;

  /*
   * If this domain has bad latency, throttle less. Otherwise,
   * throttle more iff we determined that there is congestion.
   *
   * The new depth is scaled linearly with the p99 latency vs the
   * latency target. E.g., if the p99 is 3/4 of the target, then
   * we throttle down to 3/4 of the current depth, and if the p99
   * is 2x the target, then we double the depth.
 */
  if (bad || p99 >= KYBER_GOOD_BUCKETS) {
   orig_depth = kqd->domain_tokens[sched_domain].sb.depth;
   depth = (orig_depth * (p99 + 1)) >> KYBER_LATENCY_SHIFT;
   kyber_resize_domain(kqd, sched_domain, depth);
  }
 }
}

static struct kyber_queue_data *kyber_queue_data_alloc(struct request_queue *q)
{
 struct kyber_queue_data *kqd;
 int ret = -ENOMEM;
 int i;

 kqd = kzalloc_node(sizeof(*kqd), GFP_KERNEL, q->node);
 if (!kqd)
  goto err;

 kqd->q = q;
 kqd->dev = disk_devt(q->disk);

 kqd->cpu_latency = alloc_percpu_gfp(struct kyber_cpu_latency,
         GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
 if (!kqd->cpu_latency)
  goto err_kqd;

 timer_setup(&kqd->timer, kyber_timer_fn, 0);

 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++) {
  WARN_ON(!kyber_depth[i]);
  WARN_ON(!kyber_batch_size[i]);
  ret = sbitmap_queue_init_node(&kqd->domain_tokens[i],
           kyber_depth[i], -1, false,
           GFP_KERNEL, q->node);
  if (ret) {
   while (--i >= 0)
    sbitmap_queue_free(&kqd->domain_tokens[i]);
   goto err_buckets;
  }
 }

 for (i = 0; i < KYBER_OTHER; i++) {
  kqd->domain_p99[i] = -1;
  kqd->latency_targets[i] = kyber_latency_targets[i];
 }

 return kqd;

err_buckets:
 free_percpu(kqd->cpu_latency);
err_kqd:
 kfree(kqd);
err:
 return ERR_PTR(ret);
}

static void kyber_depth_updated(struct request_queue *q)
{
 struct kyber_queue_data *kqd = q->elevator->elevator_data;

 kqd->async_depth = q->nr_requests * KYBER_ASYNC_PERCENT / 100U;
 blk_mq_set_min_shallow_depth(q, kqd->async_depth);
}

static int kyber_init_sched(struct request_queue *q, struct elevator_queue *eq)
{
 struct kyber_queue_data *kqd;

 kqd = kyber_queue_data_alloc(q);
 if (IS_ERR(kqd))
  return PTR_ERR(kqd);

 blk_stat_enable_accounting(q);

 blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_SQ_SCHED, q);

 eq->elevator_data = kqd;
 q->elevator = eq;
 kyber_depth_updated(q);

 return 0;
}

static void kyber_exit_sched(struct elevator_queue *e)
{
 struct kyber_queue_data *kqd = e->elevator_data;
 int i;

 timer_shutdown_sync(&kqd->timer);
 blk_stat_disable_accounting(kqd->q);

 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++)
  sbitmap_queue_free(&kqd->domain_tokens[i]);
 free_percpu(kqd->cpu_latency);
 kfree(kqd);
}

static void kyber_ctx_queue_init(struct kyber_ctx_queue *kcq)
{
 unsigned int i;

 spin_lock_init(&kcq->lock);
 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++)
  INIT_LIST_HEAD(&kcq->rq_list[i]);
}

static int kyber_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int hctx_idx)
{
 struct kyber_hctx_data *khd;
 int i;

 khd = kmalloc_node(sizeof(*khd), GFP_KERNEL, hctx->numa_node);
 if (!khd)
  return -ENOMEM;

 khd->kcqs = kmalloc_array_node(hctx->nr_ctx,
           sizeof(struct kyber_ctx_queue),
           GFP_KERNEL, hctx->numa_node);
 if (!khd->kcqs)
  goto err_khd;

 for (i = 0; i < hctx->nr_ctx; i++)
  kyber_ctx_queue_init(&khd->kcqs[i]);

 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++) {
  if (sbitmap_init_node(&khd->kcq_map[i], hctx->nr_ctx,
          ilog2(8), GFP_KERNEL, hctx->numa_node,
          false, false)) {
   while (--i >= 0)
    sbitmap_free(&khd->kcq_map[i]);
   goto err_kcqs;
  }
 }

 spin_lock_init(&khd->lock);

 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++) {
  INIT_LIST_HEAD(&khd->rqs[i]);
  khd->domain_wait[i].sbq = NULL;
  init_waitqueue_func_entry(&khd->domain_wait[i].wait,
       kyber_domain_wake);
  khd->domain_wait[i].wait.private = hctx;
  INIT_LIST_HEAD(&khd->domain_wait[i].wait.entry);
  atomic_set(&khd->wait_index[i], 0);
 }

 khd->cur_domain = 0;
 khd->batching = 0;

 hctx->sched_data = khd;

 return 0;

err_kcqs:
 kfree(khd->kcqs);
err_khd:
 kfree(khd);
 return -ENOMEM;
}

static void kyber_exit_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int hctx_idx)
{
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;
 int i;

 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++)
  sbitmap_free(&khd->kcq_map[i]);
 kfree(khd->kcqs);
 kfree(hctx->sched_data);
}

static int rq_get_domain_token(struct request *rq)
{
 return (long)rq->elv.priv[0];
}

static void rq_set_domain_token(struct request *rq, int token)
{
 rq->elv.priv[0] = (void *)(long)token;
}

static void rq_clear_domain_token(struct kyber_queue_data *kqd,
      struct request *rq)
{
 unsigned int sched_domain;
 int nr;

 nr = rq_get_domain_token(rq);
 if (nr != -1) {
  sched_domain = kyber_sched_domain(rq->cmd_flags);
  sbitmap_queue_clear(&kqd->domain_tokens[sched_domain], nr,
        rq->mq_ctx->cpu);
 }
}

static void kyber_limit_depth(blk_opf_t opf, struct blk_mq_alloc_data *data)
{
 /*
  * We use the scheduler tags as per-hardware queue queueing tokens.
  * Async requests can be limited at this stage.
 */
 if (!op_is_sync(opf)) {
  struct kyber_queue_data *kqd = data->q->elevator->elevator_data;

  data->shallow_depth = kqd->async_depth;
 }
}

static bool kyber_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
  unsigned int nr_segs)
{
 struct blk_mq_ctx *ctx = blk_mq_get_ctx(q);
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = blk_mq_map_queue(bio->bi_opf, ctx);
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;
 struct kyber_ctx_queue *kcq = &khd->kcqs[ctx->index_hw[hctx->type]];
 unsigned int sched_domain = kyber_sched_domain(bio->bi_opf);
 struct list_head *rq_list = &kcq->rq_list[sched_domain];
 bool merged;

 spin_lock(&kcq->lock);
 merged = blk_bio_list_merge(hctx->queue, rq_list, bio, nr_segs);
 spin_unlock(&kcq->lock);

 return merged;
}

static void kyber_prepare_request(struct request *rq)
{
 rq_set_domain_token(rq, -1);
}

static void kyber_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
      struct list_head *rq_list,
      blk_insert_t flags)
{
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;
 struct request *rq, *next;

 list_for_each_entry_safe(rq, next, rq_list, queuelist) {
  unsigned int sched_domain = kyber_sched_domain(rq->cmd_flags);
  struct kyber_ctx_queue *kcq = &khd->kcqs[rq->mq_ctx->index_hw[hctx->type]];
  struct list_head *head = &kcq->rq_list[sched_domain];

  spin_lock(&kcq->lock);
  trace_block_rq_insert(rq);
  if (flags & BLK_MQ_INSERT_AT_HEAD)
   list_move(&rq->queuelist, head);
  else
   list_move_tail(&rq->queuelist, head);
  sbitmap_set_bit(&khd->kcq_map[sched_domain],
    rq->mq_ctx->index_hw[hctx->type]);
  spin_unlock(&kcq->lock);
 }
}

static void kyber_finish_request(struct request *rq)
{
 struct kyber_queue_data *kqd = rq->q->elevator->elevator_data;

 rq_clear_domain_token(kqd, rq);
}

static void add_latency_sample(struct kyber_cpu_latency *cpu_latency,
          unsigned int sched_domain, unsigned int type,
          u64 target, u64 latency)
{
 unsigned int bucket;
 u64 divisor;

 if (latency > 0) {
  divisor = max_t(u64, target >> KYBER_LATENCY_SHIFT, 1);
  bucket = min_t(unsigned int, div64_u64(latency - 1, divisor),
          KYBER_LATENCY_BUCKETS - 1);
 } else {
  bucket = 0;
 }

 atomic_inc(&cpu_latency->buckets[sched_domain][type][bucket]);
}

static void kyber_completed_request(struct request *rq, u64 now)
{
 struct kyber_queue_data *kqd = rq->q->elevator->elevator_data;
 struct kyber_cpu_latency *cpu_latency;
 unsigned int sched_domain;
 u64 target;

 sched_domain = kyber_sched_domain(rq->cmd_flags);
 if (sched_domain == KYBER_OTHER)
  return;

 cpu_latency = get_cpu_ptr(kqd->cpu_latency);
 target = kqd->latency_targets[sched_domain];
 add_latency_sample(cpu_latency, sched_domain, KYBER_TOTAL_LATENCY,
      target, now - rq->start_time_ns);
 add_latency_sample(cpu_latency, sched_domain, KYBER_IO_LATENCY, target,
      now - rq->io_start_time_ns);
 put_cpu_ptr(kqd->cpu_latency);

 timer_reduce(&kqd->timer, jiffies + HZ / 10);
}

struct flush_kcq_data {
 struct kyber_hctx_data *khd;
 unsigned int sched_domain;
 struct list_head *list;
};

static bool flush_busy_kcq(struct sbitmap *sb, unsigned int bitnr, void *data)
{
 struct flush_kcq_data *flush_data = data;
 struct kyber_ctx_queue *kcq = &flush_data->khd->kcqs[bitnr];

 spin_lock(&kcq->lock);
 list_splice_tail_init(&kcq->rq_list[flush_data->sched_domain],
         flush_data->list);
 sbitmap_clear_bit(sb, bitnr);
 spin_unlock(&kcq->lock);

 return true;
}

static void kyber_flush_busy_kcqs(struct kyber_hctx_data *khd,
      unsigned int sched_domain,
      struct list_head *list)
{
 struct flush_kcq_data data = {
  .khd = khd,
  .sched_domain = sched_domain,
  .list = list,
 };

 sbitmap_for_each_set(&khd->kcq_map[sched_domain],
        flush_busy_kcq, &data);
}

static int kyber_domain_wake(wait_queue_entry_t *wqe, unsigned mode, int flags,
        void *key)
{
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = READ_ONCE(wqe->private);
 struct sbq_wait *wait = container_of(wqe, struct sbq_wait, wait);

 sbitmap_del_wait_queue(wait);
 blk_mq_run_hw_queue(hctx, true);
 return 1;
}

static int kyber_get_domain_token(struct kyber_queue_data *kqd,
      struct kyber_hctx_data *khd,
      struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
{
 unsigned int sched_domain = khd->cur_domain;
 struct sbitmap_queue *domain_tokens = &kqd->domain_tokens[sched_domain];
 struct sbq_wait *wait = &khd->domain_wait[sched_domain];
 struct sbq_wait_state *ws;
 int nr;

 nr = __sbitmap_queue_get(domain_tokens);

 /*
  * If we failed to get a domain token, make sure the hardware queue is
  * run when one becomes available. Note that this is serialized on
  * khd->lock, but we still need to be careful about the waker.
 */
 if (nr < 0 && list_empty_careful(&wait->wait.entry)) {
  ws = sbq_wait_ptr(domain_tokens,
      &khd->wait_index[sched_domain]);
  khd->domain_ws[sched_domain] = ws;
  sbitmap_add_wait_queue(domain_tokens, ws, wait);

  /*
   * Try again in case a token was freed before we got on the wait
   * queue.
 */
  nr = __sbitmap_queue_get(domain_tokens);
 }

 /*
  * If we got a token while we were on the wait queue, remove ourselves
  * from the wait queue to ensure that all wake ups make forward
  * progress. It's possible that the waker already deleted the entry
  * between the !list_empty_careful() check and us grabbing the lock, but
  * list_del_init() is okay with that.
 */
 if (nr >= 0 && !list_empty_careful(&wait->wait.entry)) {
  ws = khd->domain_ws[sched_domain];
  spin_lock_irq(&ws->wait.lock);
  sbitmap_del_wait_queue(wait);
  spin_unlock_irq(&ws->wait.lock);
 }

 return nr;
}

static struct request *
kyber_dispatch_cur_domain(struct kyber_queue_data *kqd,
     struct kyber_hctx_data *khd,
     struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
{
 struct list_head *rqs;
 struct request *rq;
 int nr;

 rqs = &khd->rqs[khd->cur_domain];

 /*
  * If we already have a flushed request, then we just need to get a
  * token for it. Otherwise, if there are pending requests in the kcqs,
  * flush the kcqs, but only if we can get a token. If not, we should
  * leave the requests in the kcqs so that they can be merged. Note that
  * khd->lock serializes the flushes, so if we observed any bit set in
  * the kcq_map, we will always get a request.
 */
 rq = list_first_entry_or_null(rqs, struct request, queuelist);
 if (rq) {
  nr = kyber_get_domain_token(kqd, khd, hctx);
  if (nr >= 0) {
   khd->batching++;
   rq_set_domain_token(rq, nr);
   list_del_init(&rq->queuelist);
   return rq;
  } else {
   trace_kyber_throttled(kqd->dev,
           kyber_domain_names[khd->cur_domain]);
  }
 } else if (sbitmap_any_bit_set(&khd->kcq_map[khd->cur_domain])) {
  nr = kyber_get_domain_token(kqd, khd, hctx);
  if (nr >= 0) {
   kyber_flush_busy_kcqs(khd, khd->cur_domain, rqs);
   rq = list_first_entry(rqs, struct request, queuelist);
   khd->batching++;
   rq_set_domain_token(rq, nr);
   list_del_init(&rq->queuelist);
   return rq;
  } else {
   trace_kyber_throttled(kqd->dev,
           kyber_domain_names[khd->cur_domain]);
  }
 }

 /* There were either no pending requests or no tokens. */
 return NULL;
}

static struct request *kyber_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
{
 struct kyber_queue_data *kqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;
 struct request *rq;
 int i;

 spin_lock(&khd->lock);

 /*
  * First, if we are still entitled to batch, try to dispatch a request
  * from the batch.
 */
 if (khd->batching < kyber_batch_size[khd->cur_domain]) {
  rq = kyber_dispatch_cur_domain(kqd, khd, hctx);
  if (rq)
   goto out;
 }

 /*
  * Either,
  * 1. We were no longer entitled to a batch.
  * 2. The domain we were batching didn't have any requests.
  * 3. The domain we were batching was out of tokens.
  *
  * Start another batch. Note that this wraps back around to the original
  * domain if no other domains have requests or tokens.
 */
 khd->batching = 0;
 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++) {
  if (khd->cur_domain == KYBER_NUM_DOMAINS - 1)
   khd->cur_domain = 0;
  else
   khd->cur_domain++;

  rq = kyber_dispatch_cur_domain(kqd, khd, hctx);
  if (rq)
   goto out;
 }

 rq = NULL;
out:
 spin_unlock(&khd->lock);
 return rq;
}

static bool kyber_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
{
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;
 int i;

 for (i = 0; i < KYBER_NUM_DOMAINS; i++) {
  if (!list_empty_careful(&khd->rqs[i]) ||
      sbitmap_any_bit_set(&khd->kcq_map[i]))
   return true;
 }

 return false;
}

#define KYBER_LAT_SHOW_STORE(domain, name)    \
static ssize_t kyber_##name##_lat_show(struct elevator_queue *e, \
           char *page)   \
{         \
 struct kyber_queue_data *kqd = e->elevator_data;  \
         \
 return sprintf(page, "%llu\n", kqd->latency_targets[domain]); \
}         \
         \
static ssize_t kyber_##name##_lat_store(struct elevator_queue *e, \
     const char *page, size_t count) \
{         \
 struct kyber_queue_data *kqd = e->elevator_data;  \
 unsigned long long nsec;     \
 int ret;       \
         \
 ret = kstrtoull(page, 10, &nsec);    \
 if (ret)       \
  return ret;      \
         \
 kqd->latency_targets[domain] = nsec;    \
         \
 return count;       \
}
KYBER_LAT_SHOW_STORE(KYBER_READ, read);
KYBER_LAT_SHOW_STORE(KYBER_WRITE, write);
#undef KYBER_LAT_SHOW_STORE

#define KYBER_LAT_ATTR(op) __ATTR(op##_lat_nsec, 0644, kyber_##op##_lat_show, kyber_##op##_lat_store)
static const struct elv_fs_entry kyber_sched_attrs[] = {
 KYBER_LAT_ATTR(read),
 KYBER_LAT_ATTR(write),
 __ATTR_NULL
};
#undef KYBER_LAT_ATTR

#ifdef CONFIG_BLK_DEBUG_FS
#define KYBER_DEBUGFS_DOMAIN_ATTRS(domain, name)   \
static int kyber_##name##_tokens_show(void *data, struct seq_file *m) \
{         \
 struct request_queue *q = data;     \
 struct kyber_queue_data *kqd = q->elevator->elevator_data; \
         \
 sbitmap_queue_show(&kqd->domain_tokens[domain], m);  \
 return 0;       \
}         \
         \
static void *kyber_##name##_rqs_start(struct seq_file *m, loff_t *pos) \
 __acquires(&khd->lock)      \
{         \
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = m->private;   \
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;   \
         \
 spin_lock(&khd->lock);      \
 return seq_list_start(&khd->rqs[domain], *pos);   \
}         \
         \
static void *kyber_##name##_rqs_next(struct seq_file *m, void *v, \
         loff_t *pos)   \
{         \
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = m->private;   \
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;   \
         \
 return seq_list_next(v, &khd->rqs[domain], pos);  \
}         \
         \
static void kyber_##name##_rqs_stop(struct seq_file *m, void *v) \
 __releases(&khd->lock)      \
{         \
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = m->private;   \
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;   \
         \
 spin_unlock(&khd->lock);     \
}         \
         \
static const struct seq_operations kyber_##name##_rqs_seq_ops = { \
 .start = kyber_##name##_rqs_start,    \
 .next = kyber_##name##_rqs_next,    \
 .stop = kyber_##name##_rqs_stop,    \
 .show = blk_mq_debugfs_rq_show,    \
};         \
         \
static int kyber_##name##_waiting_show(void *data, struct seq_file *m) \
{         \
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = data;    \
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;   \
 wait_queue_entry_t *wait = &khd->domain_wait[domain].wait; \
         \
 seq_printf(m, "%d\n", !list_empty_careful(&wait->entry)); \
 return 0;       \
}
KYBER_DEBUGFS_DOMAIN_ATTRS(KYBER_READ, read)
KYBER_DEBUGFS_DOMAIN_ATTRS(KYBER_WRITE, write)
KYBER_DEBUGFS_DOMAIN_ATTRS(KYBER_DISCARD, discard)
KYBER_DEBUGFS_DOMAIN_ATTRS(KYBER_OTHER, other)
#undef KYBER_DEBUGFS_DOMAIN_ATTRS

static int kyber_async_depth_show(void *data, struct seq_file *m)
{
 struct request_queue *q = data;
 struct kyber_queue_data *kqd = q->elevator->elevator_data;

 seq_printf(m, "%u\n", kqd->async_depth);
 return 0;
}

static int kyber_cur_domain_show(void *data, struct seq_file *m)
{
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = data;
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;

 seq_printf(m, "%s\n", kyber_domain_names[khd->cur_domain]);
 return 0;
}

static int kyber_batching_show(void *data, struct seq_file *m)
{
 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = data;
 struct kyber_hctx_data *khd = hctx->sched_data;

 seq_printf(m, "%u\n", khd->batching);
 return 0;
}

#define KYBER_QUEUE_DOMAIN_ATTRS(name) \
 {#name "_tokens", 0400, kyber_##name##_tokens_show}
static const struct blk_mq_debugfs_attr kyber_queue_debugfs_attrs[] = {
 KYBER_QUEUE_DOMAIN_ATTRS(read),
 KYBER_QUEUE_DOMAIN_ATTRS(write),
 KYBER_QUEUE_DOMAIN_ATTRS(discard),
 KYBER_QUEUE_DOMAIN_ATTRS(other),
 {"async_depth", 0400, kyber_async_depth_show},
 {},
};
#undef KYBER_QUEUE_DOMAIN_ATTRS

#define KYBER_HCTX_DOMAIN_ATTRS(name)     \
 {#name "_rqs", 0400, .seq_ops = &kyber_##name##_rqs_seq_ops}, \
 {#name "_waiting", 0400, kyber_##name##_waiting_show}
static const struct blk_mq_debugfs_attr kyber_hctx_debugfs_attrs[] = {
 KYBER_HCTX_DOMAIN_ATTRS(read),
 KYBER_HCTX_DOMAIN_ATTRS(write),
 KYBER_HCTX_DOMAIN_ATTRS(discard),
 KYBER_HCTX_DOMAIN_ATTRS(other),
 {"cur_domain", 0400, kyber_cur_domain_show},
 {"batching", 0400, kyber_batching_show},
 {},
};
#undef KYBER_HCTX_DOMAIN_ATTRS
#endif

static struct elevator_type kyber_sched = {
 .ops = {
  .init_sched = kyber_init_sched,
  .exit_sched = kyber_exit_sched,
  .init_hctx = kyber_init_hctx,
  .exit_hctx = kyber_exit_hctx,
  .limit_depth = kyber_limit_depth,
  .bio_merge = kyber_bio_merge,
  .prepare_request = kyber_prepare_request,
  .insert_requests = kyber_insert_requests,
  .finish_request = kyber_finish_request,
  .requeue_request = kyber_finish_request,
  .completed_request = kyber_completed_request,
  .dispatch_request = kyber_dispatch_request,
  .has_work = kyber_has_work,
  .depth_updated = kyber_depth_updated,
 },
#ifdef CONFIG_BLK_DEBUG_FS
 .queue_debugfs_attrs = kyber_queue_debugfs_attrs,
 .hctx_debugfs_attrs = kyber_hctx_debugfs_attrs,
#endif
 .elevator_attrs = kyber_sched_attrs,
 .elevator_name = "kyber",
 .elevator_owner = THIS_MODULE,
};

static int __init kyber_init(void)
{
 return elv_register(&kyber_sched);
}

static void __exit kyber_exit(void)
{
 elv_unregister(&kyber_sched);
}

module_init(kyber_init);
module_exit(kyber_exit);

MODULE_AUTHOR("Omar Sandoval");
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("Kyber I/O scheduler");