block/blk-mq.c

   1 /*
   2  * Block multiqueue core code
   3  *
   4  * Copyright (C) 2013-2014 Jens Axboe
   5  * Copyright (C) 2013-2014 Christoph Hellwig
   6  */
   7 #include <linux/kernel.h>
   8 #include <linux/module.h>
   9 #include <linux/backing-dev.h>
  10 #include <linux/bio.h>
  11 #include <linux/blkdev.h>
  12 #include <linux/kmemleak.h>
  13 #include <linux/mm.h>
  14 #include <linux/init.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/workqueue.h>
  17 #include <linux/smp.h>
  18 #include <linux/llist.h>
  19 #include <linux/list_sort.h>
  20 #include <linux/cpu.h>
  21 #include <linux/cache.h>
  22 #include <linux/sched/sysctl.h>
  23 #include <linux/delay.h>
  24 #include <linux/crash_dump.h>
  25
  26 #include <trace/events/block.h>
  27
  28 #include <linux/blk-mq.h>
  29 #include "blk.h"
  30 #include "blk-mq.h"
  31 #include "blk-mq-tag.h"
  32
  33 static DEFINE_MUTEX(all_q_mutex);
  34 static LIST_HEAD(all_q_list);
  35
  36 static void __blk_mq_run_hw_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx);
  37
  38 /*
  39  * Check if any of the ctx's have pending work in this hardware queue
  40  */
  41 static bool blk_mq_hctx_has_pending(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
  42 {
  43         unsigned int i;
  44
  45         for (i = 0; i < hctx->ctx_map.size; i++)
  46                 if (hctx->ctx_map.map[i].word)
  47                         return true;
  48
  49         return false;
  50 }
  51
  52 static inline struct blk_align_bitmap *get_bm(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
  53                                               struct blk_mq_ctx *ctx)
  54 {
  55         return &hctx->ctx_map.map[ctx->index_hw / hctx->ctx_map.bits_per_word];
  56 }
  57
  58 #define CTX_TO_BIT(hctx, ctx)   \
  59         ((ctx)->index_hw & ((hctx)->ctx_map.bits_per_word - 1))
  60
  61 /*
  62  * Mark this ctx as having pending work in this hardware queue
  63  */
  64 static void blk_mq_hctx_mark_pending(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
  65                                      struct blk_mq_ctx *ctx)
  66 {
  67         struct blk_align_bitmap *bm = get_bm(hctx, ctx);
  68
  69         if (!test_bit(CTX_TO_BIT(hctx, ctx), &bm->word))
  70                 set_bit(CTX_TO_BIT(hctx, ctx), &bm->word);
  71 }
  72
  73 static void blk_mq_hctx_clear_pending(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
  74                                       struct blk_mq_ctx *ctx)
  75 {
  76         struct blk_align_bitmap *bm = get_bm(hctx, ctx);
  77
  78         clear_bit(CTX_TO_BIT(hctx, ctx), &bm->word);
  79 }
  80
  81 void blk_mq_freeze_queue_start(struct request_queue *q)
  82 {
  83         int freeze_depth;
  84
  85         freeze_depth = atomic_inc_return(&q->mq_freeze_depth);
  86         if (freeze_depth == 1) {
  87                 percpu_ref_kill(&q->q_usage_counter);
  88                 blk_mq_run_hw_queues(q, false);
  89         }
  90 }
  91 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_freeze_queue_start);
  92
  93 static void blk_mq_freeze_queue_wait(struct request_queue *q)
  94 {
  95         wait_event(q->mq_freeze_wq, percpu_ref_is_zero(&q->q_usage_counter));
  96 }
  97
  98 /*
  99  * Guarantee no request is in use, so we can change any data structure of
 100  * the queue afterward.
 101  */
 102 void blk_freeze_queue(struct request_queue *q)
 103 {
 104         /*
 105          * In the !blk_mq case we are only calling this to kill the
 106          * q_usage_counter, otherwise this increases the freeze depth
 107          * and waits for it to return to zero.  For this reason there is
 108          * no blk_unfreeze_queue(), and blk_freeze_queue() is not
 109          * exported to drivers as the only user for unfreeze is blk_mq.
 110          */
 111         blk_mq_freeze_queue_start(q);
 112         blk_mq_freeze_queue_wait(q);
 113 }
 114
 115 void blk_mq_freeze_queue(struct request_queue *q)
 116 {
 117         /*
 118          * ...just an alias to keep freeze and unfreeze actions balanced
 119          * in the blk_mq_* namespace
 120          */
 121         blk_freeze_queue(q);
 122 }
 123 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_freeze_queue);
 124
 125 void blk_mq_unfreeze_queue(struct request_queue *q)
 126 {
 127         int freeze_depth;
 128
 129         freeze_depth = atomic_dec_return(&q->mq_freeze_depth);
 130         WARN_ON_ONCE(freeze_depth < 0);
 131         if (!freeze_depth) {
 132                 percpu_ref_reinit(&q->q_usage_counter);
 133                 wake_up_all(&q->mq_freeze_wq);
 134         }
 135 }
 136 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_unfreeze_queue);
 137
 138 void blk_mq_wake_waiters(struct request_queue *q)
 139 {
 140         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 141         unsigned int i;
 142
 143         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i)
 144                 if (blk_mq_hw_queue_mapped(hctx))
 145                         blk_mq_tag_wakeup_all(hctx->tags, true);
 146
 147         /*
 148          * If we are called because the queue has now been marked as
 149          * dying, we need to ensure that processes currently waiting on
 150          * the queue are notified as well.
 151          */
 152         wake_up_all(&q->mq_freeze_wq);
 153 }
 154
 155 bool blk_mq_can_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
 156 {
 157         return blk_mq_has_free_tags(hctx->tags);
 158 }
 159 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_can_queue);
 160
 161 static void blk_mq_rq_ctx_init(struct request_queue *q, struct blk_mq_ctx *ctx,
 162                                struct request *rq, unsigned int rw_flags)
 163 {
 164         if (blk_queue_io_stat(q))
 165                 rw_flags |= REQ_IO_STAT;
 166
 167         INIT_LIST_HEAD(&rq->queuelist);
 168         /* csd/requeue_work/fifo_time is initialized before use */
 169         rq->q = q;
 170         rq->mq_ctx = ctx;
 171         rq->cmd_flags |= rw_flags;
 172         /* do not touch atomic flags, it needs atomic ops against the timer */
 173         rq->cpu = -1;
 174         INIT_HLIST_NODE(&rq->hash);
 175         RB_CLEAR_NODE(&rq->rb_node);
 176         rq->rq_disk = NULL;
 177         rq->part = NULL;
 178         rq->start_time = jiffies;
 179 #ifdef CONFIG_BLK_CGROUP
 180         rq->rl = NULL;
 181         set_start_time_ns(rq);
 182         rq->io_start_time_ns = 0;
 183 #endif
 184         rq->nr_phys_segments = 0;
 185 #if defined(CONFIG_BLK_DEV_INTEGRITY)
 186         rq->nr_integrity_segments = 0;
 187 #endif
 188         rq->special = NULL;
 189         /* tag was already set */
 190         rq->errors = 0;
 191
 192         rq->cmd = rq->__cmd;
 193
 194         rq->extra_len = 0;
 195         rq->sense_len = 0;
 196         rq->resid_len = 0;
 197         rq->sense = NULL;
 198
 199         INIT_LIST_HEAD(&rq->timeout_list);
 200         rq->timeout = 0;
 201
 202         rq->end_io = NULL;
 203         rq->end_io_data = NULL;
 204         rq->next_rq = NULL;
 205
 206         ctx->rq_dispatched[rw_is_sync(rw_flags)]++;
 207 }
 208
 209 static struct request *
 210 __blk_mq_alloc_request(struct blk_mq_alloc_data *data, int rw)
 211 {
 212         struct request *rq;
 213         unsigned int tag;
 214
 215         tag = blk_mq_get_tag(data);
 216         if (tag != BLK_MQ_TAG_FAIL) {
 217                 rq = data->hctx->tags->rqs[tag];
 218
 219                 if (blk_mq_tag_busy(data->hctx)) {
 220                         rq->cmd_flags = REQ_MQ_INFLIGHT;
 221                         atomic_inc(&data->hctx->nr_active);
 222                 }
 223
 224                 rq->tag = tag;
 225                 blk_mq_rq_ctx_init(data->q, data->ctx, rq, rw);
 226                 return rq;
 227         }
 228
 229         return NULL;
 230 }
 231
 232 struct request *blk_mq_alloc_request(struct request_queue *q, int rw,
 233                 unsigned int flags)
 234 {
 235         struct blk_mq_ctx *ctx;
 236         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 237         struct request *rq;
 238         struct blk_mq_alloc_data alloc_data;
 239         int ret;
 240
 241         ret = blk_queue_enter(q, flags & BLK_MQ_REQ_NOWAIT);
 242         if (ret)
 243                 return ERR_PTR(ret);
 244
 245         ctx = blk_mq_get_ctx(q);
 246         hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
 247         blk_mq_set_alloc_data(&alloc_data, q, flags, ctx, hctx);
 248
 249         rq = __blk_mq_alloc_request(&alloc_data, rw);
 250         if (!rq && !(flags & BLK_MQ_REQ_NOWAIT)) {
 251                 __blk_mq_run_hw_queue(hctx);
 252                 blk_mq_put_ctx(ctx);
 253
 254                 ctx = blk_mq_get_ctx(q);
 255                 hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
 256                 blk_mq_set_alloc_data(&alloc_data, q, flags, ctx, hctx);
 257                 rq =  __blk_mq_alloc_request(&alloc_data, rw);
 258                 ctx = alloc_data.ctx;
 259         }
 260         blk_mq_put_ctx(ctx);
 261         if (!rq) {
 262                 blk_queue_exit(q);
 263                 return ERR_PTR(-EWOULDBLOCK);
 264         }
 265         return rq;
 266 }
 267 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_alloc_request);
 268
 269 static void __blk_mq_free_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
 270                                   struct blk_mq_ctx *ctx, struct request *rq)
 271 {
 272         const int tag = rq->tag;
 273         struct request_queue *q = rq->q;
 274
 275         if (rq->cmd_flags & REQ_MQ_INFLIGHT)
 276                 atomic_dec(&hctx->nr_active);
 277         rq->cmd_flags = 0;
 278
 279         clear_bit(REQ_ATOM_STARTED, &rq->atomic_flags);
 280         blk_mq_put_tag(hctx, tag, &ctx->last_tag);
 281         blk_queue_exit(q);
 282 }
 283
 284 void blk_mq_free_hctx_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq)
 285 {
 286         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx;
 287
 288         ctx->rq_completed[rq_is_sync(rq)]++;
 289         __blk_mq_free_request(hctx, ctx, rq);
 290
 291 }
 292 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_free_hctx_request);
 293
 294 void blk_mq_free_request(struct request *rq)
 295 {
 296         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 297         struct request_queue *q = rq->q;
 298
 299         hctx = q->mq_ops->map_queue(q, rq->mq_ctx->cpu);
 300         blk_mq_free_hctx_request(hctx, rq);
 301 }
 302 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_free_request);
 303
 304 inline void __blk_mq_end_request(struct request *rq, int error)
 305 {
 306         blk_account_io_done(rq);
 307
 308         if (rq->end_io) {
 309                 rq->end_io(rq, error);
 310         } else {
 311                 if (unlikely(blk_bidi_rq(rq)))
 312                         blk_mq_free_request(rq->next_rq);
 313                 blk_mq_free_request(rq);
 314         }
 315 }
 316 EXPORT_SYMBOL(__blk_mq_end_request);
 317
 318 void blk_mq_end_request(struct request *rq, int error)
 319 {
 320         if (blk_update_request(rq, error, blk_rq_bytes(rq)))
 321                 BUG();
 322         __blk_mq_end_request(rq, error);
 323 }
 324 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_end_request);
 325
 326 static void __blk_mq_complete_request_remote(void *data)
 327 {
 328         struct request *rq = data;
 329
 330         rq->q->softirq_done_fn(rq);
 331 }
 332
 333 static void blk_mq_ipi_complete_request(struct request *rq)
 334 {
 335         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx;
 336         bool shared = false;
 337         int cpu;
 338
 339         if (!test_bit(QUEUE_FLAG_SAME_COMP, &rq->q->queue_flags)) {
 340                 rq->q->softirq_done_fn(rq);
 341                 return;
 342         }
 343
 344         cpu = get_cpu();
 345         if (!test_bit(QUEUE_FLAG_SAME_FORCE, &rq->q->queue_flags))
 346                 shared = cpus_share_cache(cpu, ctx->cpu);
 347
 348         if (cpu != ctx->cpu && !shared && cpu_online(ctx->cpu)) {
 349                 rq->csd.func = __blk_mq_complete_request_remote;
 350                 rq->csd.info = rq;
 351                 rq->csd.flags = 0;
 352                 smp_call_function_single_async(ctx->cpu, &rq->csd);
 353         } else {
 354                 rq->q->softirq_done_fn(rq);
 355         }
 356         put_cpu();
 357 }
 358
 359 static void __blk_mq_complete_request(struct request *rq)
 360 {
 361         struct request_queue *q = rq->q;
 362
 363         if (!q->softirq_done_fn)
 364                 blk_mq_end_request(rq, rq->errors);
 365         else
 366                 blk_mq_ipi_complete_request(rq);
 367 }
 368
 369 /**
 370  * blk_mq_complete_request - end I/O on a request
 371  * @rq:         the request being processed
 372  *
 373  * Description:
 374  *      Ends all I/O on a request. It does not handle partial completions.
 375  *      The actual completion happens out-of-order, through a IPI handler.
 376  **/
 377 void blk_mq_complete_request(struct request *rq, int error)
 378 {
 379         struct request_queue *q = rq->q;
 380
 381         if (unlikely(blk_should_fake_timeout(q)))
 382                 return;
 383         if (!blk_mark_rq_complete(rq)) {
 384                 rq->errors = error;
 385                 __blk_mq_complete_request(rq);
 386         }
 387 }
 388 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_complete_request);
 389
 390 int blk_mq_request_started(struct request *rq)
 391 {
 392         return test_bit(REQ_ATOM_STARTED, &rq->atomic_flags);
 393 }
 394 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_request_started);
 395
 396 void blk_mq_start_request(struct request *rq)
 397 {
 398         struct request_queue *q = rq->q;
 399
 400         trace_block_rq_issue(q, rq);
 401
 402         rq->resid_len = blk_rq_bytes(rq);
 403         if (unlikely(blk_bidi_rq(rq)))
 404                 rq->next_rq->resid_len = blk_rq_bytes(rq->next_rq);
 405
 406         blk_add_timer(rq);
 407
 408         /*
 409          * Ensure that ->deadline is visible before set the started
 410          * flag and clear the completed flag.
 411          */
 412         smp_mb__before_atomic();
 413
 414         /*
 415          * Mark us as started and clear complete. Complete might have been
 416          * set if requeue raced with timeout, which then marked it as
 417          * complete. So be sure to clear complete again when we start
 418          * the request, otherwise we'll ignore the completion event.
 419          */
 420         if (!test_bit(REQ_ATOM_STARTED, &rq->atomic_flags))
 421                 set_bit(REQ_ATOM_STARTED, &rq->atomic_flags);
 422         if (test_bit(REQ_ATOM_COMPLETE, &rq->atomic_flags))
 423                 clear_bit(REQ_ATOM_COMPLETE, &rq->atomic_flags);
 424
 425         if (q->dma_drain_size && blk_rq_bytes(rq)) {
 426                 /*
 427                  * Make sure space for the drain appears.  We know we can do
 428                  * this because max_hw_segments has been adjusted to be one
 429                  * fewer than the device can handle.
 430                  */
 431                 rq->nr_phys_segments++;
 432         }
 433 }
 434 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_start_request);
 435
 436 static void __blk_mq_requeue_request(struct request *rq)
 437 {
 438         struct request_queue *q = rq->q;
 439
 440         trace_block_rq_requeue(q, rq);
 441
 442         if (test_and_clear_bit(REQ_ATOM_STARTED, &rq->atomic_flags)) {
 443                 if (q->dma_drain_size && blk_rq_bytes(rq))
 444                         rq->nr_phys_segments--;
 445         }
 446 }
 447
 448 void blk_mq_requeue_request(struct request *rq)
 449 {
 450         __blk_mq_requeue_request(rq);
 451
 452         BUG_ON(blk_queued_rq(rq));
 453         blk_mq_add_to_requeue_list(rq, true);
 454 }
 455 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_requeue_request);
 456
 457 static void blk_mq_requeue_work(struct work_struct *work)
 458 {
 459         struct request_queue *q =
 460                 container_of(work, struct request_queue, requeue_work);
 461         LIST_HEAD(rq_list);
 462         struct request *rq, *next;
 463         unsigned long flags;
 464
 465         spin_lock_irqsave(&q->requeue_lock, flags);
 466         list_splice_init(&q->requeue_list, &rq_list);
 467         spin_unlock_irqrestore(&q->requeue_lock, flags);
 468
 469         list_for_each_entry_safe(rq, next, &rq_list, queuelist) {
 470                 if (!(rq->cmd_flags & REQ_SOFTBARRIER))
 471                         continue;
 472
 473                 rq->cmd_flags &= ~REQ_SOFTBARRIER;
 474                 list_del_init(&rq->queuelist);
 475                 blk_mq_insert_request(rq, true, false, false);
 476         }
 477
 478         while (!list_empty(&rq_list)) {
 479                 rq = list_entry(rq_list.next, struct request, queuelist);
 480                 list_del_init(&rq->queuelist);
 481                 blk_mq_insert_request(rq, false, false, false);
 482         }
 483
 484         /*
 485          * Use the start variant of queue running here, so that running
 486          * the requeue work will kick stopped queues.
 487          */
 488         blk_mq_start_hw_queues(q);
 489 }
 490
 491 void blk_mq_add_to_requeue_list(struct request *rq, bool at_head)
 492 {
 493         struct request_queue *q = rq->q;
 494         unsigned long flags;
 495
 496         /*
 497          * We abuse this flag that is otherwise used by the I/O scheduler to
 498          * request head insertation from the workqueue.
 499          */
 500         BUG_ON(rq->cmd_flags & REQ_SOFTBARRIER);
 501
 502         spin_lock_irqsave(&q->requeue_lock, flags);
 503         if (at_head) {
 504                 rq->cmd_flags |= REQ_SOFTBARRIER;
 505                 list_add(&rq->queuelist, &q->requeue_list);
 506         } else {
 507                 list_add_tail(&rq->queuelist, &q->requeue_list);
 508         }
 509         spin_unlock_irqrestore(&q->requeue_lock, flags);
 510 }
 511 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_add_to_requeue_list);
 512
 513 void blk_mq_cancel_requeue_work(struct request_queue *q)
 514 {
 515         cancel_work_sync(&q->requeue_work);
 516 }
 517 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_cancel_requeue_work);
 518
 519 void blk_mq_kick_requeue_list(struct request_queue *q)
 520 {
 521         kblockd_schedule_work(&q->requeue_work);
 522 }
 523 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_kick_requeue_list);
 524
 525 void blk_mq_abort_requeue_list(struct request_queue *q)
 526 {
 527         unsigned long flags;
 528         LIST_HEAD(rq_list);
 529
 530         spin_lock_irqsave(&q->requeue_lock, flags);
 531         list_splice_init(&q->requeue_list, &rq_list);
 532         spin_unlock_irqrestore(&q->requeue_lock, flags);
 533
 534         while (!list_empty(&rq_list)) {
 535                 struct request *rq;
 536
 537                 rq = list_first_entry(&rq_list, struct request, queuelist);
 538                 list_del_init(&rq->queuelist);
 539                 rq->errors = -EIO;
 540                 blk_mq_end_request(rq, rq->errors);
 541         }
 542 }
 543 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_abort_requeue_list);
 544
 545 struct request *blk_mq_tag_to_rq(struct blk_mq_tags *tags, unsigned int tag)
 546 {
 547         if (tag < tags->nr_tags)
 548                 return tags->rqs[tag];
 549
 550         return NULL;
 551 }
 552 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_tag_to_rq);
 553
 554 struct blk_mq_timeout_data {
 555         unsigned long next;
 556         unsigned int next_set;
 557 };
 558
 559 void blk_mq_rq_timed_out(struct request *req, bool reserved)
 560 {
 561         struct blk_mq_ops *ops = req->q->mq_ops;
 562         enum blk_eh_timer_return ret = BLK_EH_RESET_TIMER;
 563
 564         /*
 565          * We know that complete is set at this point. If STARTED isn't set
 566          * anymore, then the request isn't active and the "timeout" should
 567          * just be ignored. This can happen due to the bitflag ordering.
 568          * Timeout first checks if STARTED is set, and if it is, assumes
 569          * the request is active. But if we race with completion, then
 570          * we both flags will get cleared. So check here again, and ignore
 571          * a timeout event with a request that isn't active.
 572          */
 573         if (!test_bit(REQ_ATOM_STARTED, &req->atomic_flags))
 574                 return;
 575
 576         if (ops->timeout)
 577                 ret = ops->timeout(req, reserved);
 578
 579         switch (ret) {
 580         case BLK_EH_HANDLED:
 581                 __blk_mq_complete_request(req);
 582                 break;
 583         case BLK_EH_RESET_TIMER:
 584                 blk_add_timer(req);
 585                 blk_clear_rq_complete(req);
 586                 break;
 587         case BLK_EH_NOT_HANDLED:
 588                 break;
 589         default:
 590                 printk(KERN_ERR "block: bad eh return: %d\n", ret);
 591                 break;
 592         }
 593 }
 594
 595 static void blk_mq_check_expired(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
 596                 struct request *rq, void *priv, bool reserved)
 597 {
 598         struct blk_mq_timeout_data *data = priv;
 599
 600         if (!test_bit(REQ_ATOM_STARTED, &rq->atomic_flags)) {
 601                 /*
 602                  * If a request wasn't started before the queue was
 603                  * marked dying, kill it here or it'll go unnoticed.
 604                  */
 605                 if (unlikely(blk_queue_dying(rq->q))) {
 606                         rq->errors = -EIO;
 607                         blk_mq_end_request(rq, rq->errors);
 608                 }
 609                 return;
 610         }
 611
 612         if (time_after_eq(jiffies, rq->deadline)) {
 613                 if (!blk_mark_rq_complete(rq))
 614                         blk_mq_rq_timed_out(rq, reserved);
 615         } else if (!data->next_set || time_after(data->next, rq->deadline)) {
 616                 data->next = rq->deadline;
 617                 data->next_set = 1;
 618         }
 619 }
 620
 621 static void blk_mq_timeout_work(struct work_struct *work)
 622 {
 623         struct request_queue *q =
 624                 container_of(work, struct request_queue, timeout_work);
 625         struct blk_mq_timeout_data data = {
 626                 .next           = 0,
 627                 .next_set       = 0,
 628         };
 629         int i;
 630
 631         if (blk_queue_enter(q, true))
 632                 return;
 633
 634         blk_mq_queue_tag_busy_iter(q, blk_mq_check_expired, &data);
 635
 636         if (data.next_set) {
 637                 data.next = blk_rq_timeout(round_jiffies_up(data.next));
 638                 mod_timer(&q->timeout, data.next);
 639         } else {
 640                 struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 641
 642                 queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
 643                         /* the hctx may be unmapped, so check it here */
 644                         if (blk_mq_hw_queue_mapped(hctx))
 645                                 blk_mq_tag_idle(hctx);
 646                 }
 647         }
 648         blk_queue_exit(q);
 649 }
 650
 651 /*
 652  * Reverse check our software queue for entries that we could potentially
 653  * merge with. Currently includes a hand-wavy stop count of 8, to not spend
 654  * too much time checking for merges.
 655  */
 656 static bool blk_mq_attempt_merge(struct request_queue *q,
 657                                  struct blk_mq_ctx *ctx, struct bio *bio)
 658 {
 659         struct request *rq;
 660         int checked = 8;
 661
 662         list_for_each_entry_reverse(rq, &ctx->rq_list, queuelist) {
 663                 int el_ret;
 664
 665                 if (!checked--)
 666                         break;
 667
 668                 if (!blk_rq_merge_ok(rq, bio))
 669                         continue;
 670
 671                 el_ret = blk_try_merge(rq, bio);
 672                 if (el_ret == ELEVATOR_BACK_MERGE) {
 673                         if (bio_attempt_back_merge(q, rq, bio)) {
 674                                 ctx->rq_merged++;
 675                                 return true;
 676                         }
 677                         break;
 678                 } else if (el_ret == ELEVATOR_FRONT_MERGE) {
 679                         if (bio_attempt_front_merge(q, rq, bio)) {
 680                                 ctx->rq_merged++;
 681                                 return true;
 682                         }
 683                         break;
 684                 }
 685         }
 686
 687         return false;
 688 }
 689
 690 /*
 691  * Process software queues that have been marked busy, splicing them
 692  * to the for-dispatch
 693  */
 694 static void flush_busy_ctxs(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct list_head *list)
 695 {
 696         struct blk_mq_ctx *ctx;
 697         int i;
 698
 699         for (i = 0; i < hctx->ctx_map.size; i++) {
 700                 struct blk_align_bitmap *bm = &hctx->ctx_map.map[i];
 701                 unsigned int off, bit;
 702
 703                 if (!bm->word)
 704                         continue;
 705
 706                 bit = 0;
 707                 off = i * hctx->ctx_map.bits_per_word;
 708                 do {
 709                         bit = find_next_bit(&bm->word, bm->depth, bit);
 710                         if (bit >= bm->depth)
 711                                 break;
 712
 713                         ctx = hctx->ctxs[bit + off];
 714                         clear_bit(bit, &bm->word);
 715                         spin_lock(&ctx->lock);
 716                         list_splice_tail_init(&ctx->rq_list, list);
 717                         spin_unlock(&ctx->lock);
 718
 719                         bit++;
 720                 } while (1);
 721         }
 722 }
 723
 724 /*
 725  * Run this hardware queue, pulling any software queues mapped to it in.
 726  * Note that this function currently has various problems around ordering
 727  * of IO. In particular, we'd like FIFO behaviour on handling existing
 728  * items on the hctx->dispatch list. Ignore that for now.
 729  */
 730 static void __blk_mq_run_hw_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
 731 {
 732         struct request_queue *q = hctx->queue;
 733         struct request *rq;
 734         LIST_HEAD(rq_list);
 735         LIST_HEAD(driver_list);
 736         struct list_head *dptr;
 737         int queued;
 738
 739         WARN_ON(!cpumask_test_cpu(raw_smp_processor_id(), hctx->cpumask));
 740
 741         if (unlikely(test_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state)))
 742                 return;
 743
 744         hctx->run++;
 745
 746         /*
 747          * Touch any software queue that has pending entries.
 748          */
 749         flush_busy_ctxs(hctx, &rq_list);
 750
 751         /*
 752          * If we have previous entries on our dispatch list, grab them
 753          * and stuff them at the front for more fair dispatch.
 754          */
 755         if (!list_empty_careful(&hctx->dispatch)) {
 756                 spin_lock(&hctx->lock);
 757                 if (!list_empty(&hctx->dispatch))
 758                         list_splice_init(&hctx->dispatch, &rq_list);
 759                 spin_unlock(&hctx->lock);
 760         }
 761
 762         /*
 763          * Start off with dptr being NULL, so we start the first request
 764          * immediately, even if we have more pending.
 765          */
 766         dptr = NULL;
 767
 768         /*
 769          * Now process all the entries, sending them to the driver.
 770          */
 771         queued = 0;
 772         while (!list_empty(&rq_list)) {
 773                 struct blk_mq_queue_data bd;
 774                 int ret;
 775
 776                 rq = list_first_entry(&rq_list, struct request, queuelist);
 777                 list_del_init(&rq->queuelist);
 778
 779                 bd.rq = rq;
 780                 bd.list = dptr;
 781                 bd.last = list_empty(&rq_list);
 782
 783                 ret = q->mq_ops->queue_rq(hctx, &bd);
 784                 switch (ret) {
 785                 case BLK_MQ_RQ_QUEUE_OK:
 786                         queued++;
 787                         continue;
 788                 case BLK_MQ_RQ_QUEUE_BUSY:
 789                         list_add(&rq->queuelist, &rq_list);
 790                         __blk_mq_requeue_request(rq);
 791                         break;
 792                 default:
 793                         pr_err("blk-mq: bad return on queue: %d\n", ret);
 794                 case BLK_MQ_RQ_QUEUE_ERROR:
 795                         rq->errors = -EIO;
 796                         blk_mq_end_request(rq, rq->errors);
 797                         break;
 798                 }
 799
 800                 if (ret == BLK_MQ_RQ_QUEUE_BUSY)
 801                         break;
 802
 803                 /*
 804                  * We've done the first request. If we have more than 1
 805                  * left in the list, set dptr to defer issue.
 806                  */
 807                 if (!dptr && rq_list.next != rq_list.prev)
 808                         dptr = &driver_list;
 809         }
 810
 811         if (!queued)
 812                 hctx->dispatched[0]++;
 813         else if (queued < (1 << (BLK_MQ_MAX_DISPATCH_ORDER - 1)))
 814                 hctx->dispatched[ilog2(queued) + 1]++;
 815
 816         /*
 817          * Any items that need requeuing? Stuff them into hctx->dispatch,
 818          * that is where we will continue on next queue run.
 819          */
 820         if (!list_empty(&rq_list)) {
 821                 spin_lock(&hctx->lock);
 822                 list_splice(&rq_list, &hctx->dispatch);
 823                 spin_unlock(&hctx->lock);
 824                 /*
 825                  * the queue is expected stopped with BLK_MQ_RQ_QUEUE_BUSY, but
 826                  * it's possible the queue is stopped and restarted again
 827                  * before this. Queue restart will dispatch requests. And since
 828                  * requests in rq_list aren't added into hctx->dispatch yet,
 829                  * the requests in rq_list might get lost.
 830                  *
 831                  * blk_mq_run_hw_queue() already checks the STOPPED bit
 832                  **/
 833                 blk_mq_run_hw_queue(hctx, true);
 834         }
 835 }
 836
 837 /*
 838  * It'd be great if the workqueue API had a way to pass
 839  * in a mask and had some smarts for more clever placement.
 840  * For now we just round-robin here, switching for every
 841  * BLK_MQ_CPU_WORK_BATCH queued items.
 842  */
 843 static int blk_mq_hctx_next_cpu(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
 844 {
 845         if (hctx->queue->nr_hw_queues == 1)
 846                 return WORK_CPU_UNBOUND;
 847
 848         if (--hctx->next_cpu_batch <= 0) {
 849                 int cpu = hctx->next_cpu, next_cpu;
 850
 851                 next_cpu = cpumask_next(hctx->next_cpu, hctx->cpumask);
 852                 if (next_cpu >= nr_cpu_ids)
 853                         next_cpu = cpumask_first(hctx->cpumask);
 854
 855                 hctx->next_cpu = next_cpu;
 856                 hctx->next_cpu_batch = BLK_MQ_CPU_WORK_BATCH;
 857
 858                 return cpu;
 859         }
 860
 861         return hctx->next_cpu;
 862 }
 863
 864 void blk_mq_run_hw_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, bool async)
 865 {
 866         if (unlikely(test_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state) ||
 867             !blk_mq_hw_queue_mapped(hctx)))
 868                 return;
 869
 870         if (!async) {
 871                 int cpu = get_cpu();
 872                 if (cpumask_test_cpu(cpu, hctx->cpumask)) {
 873                         __blk_mq_run_hw_queue(hctx);
 874                         put_cpu();
 875                         return;
 876                 }
 877
 878                 put_cpu();
 879         }
 880
 881         kblockd_schedule_delayed_work_on(blk_mq_hctx_next_cpu(hctx),
 882                         &hctx->run_work, 0);
 883 }
 884
 885 void blk_mq_run_hw_queues(struct request_queue *q, bool async)
 886 {
 887         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 888         int i;
 889
 890         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
 891                 if ((!blk_mq_hctx_has_pending(hctx) &&
 892                     list_empty_careful(&hctx->dispatch)) ||
 893                     test_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state))
 894                         continue;
 895
 896                 blk_mq_run_hw_queue(hctx, async);
 897         }
 898 }
 899 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_run_hw_queues);
 900
 901 void blk_mq_stop_hw_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
 902 {
 903         cancel_delayed_work(&hctx->run_work);
 904         cancel_delayed_work(&hctx->delay_work);
 905         set_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state);
 906 }
 907 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_stop_hw_queue);
 908
 909 void blk_mq_stop_hw_queues(struct request_queue *q)
 910 {
 911         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 912         int i;
 913
 914         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i)
 915                 blk_mq_stop_hw_queue(hctx);
 916 }
 917 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_stop_hw_queues);
 918
 919 void blk_mq_start_hw_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
 920 {
 921         clear_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state);
 922
 923         blk_mq_run_hw_queue(hctx, false);
 924 }
 925 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_start_hw_queue);
 926
 927 void blk_mq_start_hw_queues(struct request_queue *q)
 928 {
 929         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 930         int i;
 931
 932         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i)
 933                 blk_mq_start_hw_queue(hctx);
 934 }
 935 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_start_hw_queues);
 936
 937 void blk_mq_start_stopped_hw_queues(struct request_queue *q, bool async)
 938 {
 939         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 940         int i;
 941
 942         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
 943                 if (!test_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state))
 944                         continue;
 945
 946                 clear_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state);
 947                 blk_mq_run_hw_queue(hctx, async);
 948         }
 949 }
 950 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_start_stopped_hw_queues);
 951
 952 static void blk_mq_run_work_fn(struct work_struct *work)
 953 {
 954         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 955
 956         hctx = container_of(work, struct blk_mq_hw_ctx, run_work.work);
 957
 958         __blk_mq_run_hw_queue(hctx);
 959 }
 960
 961 static void blk_mq_delay_work_fn(struct work_struct *work)
 962 {
 963         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
 964
 965         hctx = container_of(work, struct blk_mq_hw_ctx, delay_work.work);
 966
 967         if (test_and_clear_bit(BLK_MQ_S_STOPPED, &hctx->state))
 968                 __blk_mq_run_hw_queue(hctx);
 969 }
 970
 971 void blk_mq_delay_queue(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned long msecs)
 972 {
 973         if (unlikely(!blk_mq_hw_queue_mapped(hctx)))
 974                 return;
 975
 976         kblockd_schedule_delayed_work_on(blk_mq_hctx_next_cpu(hctx),
 977                         &hctx->delay_work, msecs_to_jiffies(msecs));
 978 }
 979 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_delay_queue);
 980
 981 static inline void __blk_mq_insert_req_list(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
 982                                             struct blk_mq_ctx *ctx,
 983                                             struct request *rq,
 984                                             bool at_head)
 985 {
 986         trace_block_rq_insert(hctx->queue, rq);
 987
 988         if (at_head)
 989                 list_add(&rq->queuelist, &ctx->rq_list);
 990         else
 991                 list_add_tail(&rq->queuelist, &ctx->rq_list);
 992 }
 993
 994 static void __blk_mq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
 995                                     struct request *rq, bool at_head)
 996 {
 997         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx;
 998
 999         __blk_mq_insert_req_list(hctx, ctx, rq, at_head);
1000         blk_mq_hctx_mark_pending(hctx, ctx);
1001 }
1002
1003 void blk_mq_insert_request(struct request *rq, bool at_head, bool run_queue,
1004                 bool async)
1005 {
1006         struct request_queue *q = rq->q;
1007         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1008         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx, *current_ctx;
1009
1010         current_ctx = blk_mq_get_ctx(q);
1011         if (!cpu_online(ctx->cpu))
1012                 rq->mq_ctx = ctx = current_ctx;
1013
1014         hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
1015
1016         spin_lock(&ctx->lock);
1017         __blk_mq_insert_request(hctx, rq, at_head);
1018         spin_unlock(&ctx->lock);
1019
1020         if (run_queue)
1021                 blk_mq_run_hw_queue(hctx, async);
1022
1023         blk_mq_put_ctx(current_ctx);
1024 }
1025
1026 static void blk_mq_insert_requests(struct request_queue *q,
1027                                      struct blk_mq_ctx *ctx,
1028                                      struct list_head *list,
1029                                      int depth,
1030                                      bool from_schedule)
1031
1032 {
1033         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1034         struct blk_mq_ctx *current_ctx;
1035
1036         trace_block_unplug(q, depth, !from_schedule);
1037
1038         current_ctx = blk_mq_get_ctx(q);
1039
1040         if (!cpu_online(ctx->cpu))
1041                 ctx = current_ctx;
1042         hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
1043
1044         /*
1045          * preemption doesn't flush plug list, so it's possible ctx->cpu is
1046          * offline now
1047          */
1048         spin_lock(&ctx->lock);
1049         while (!list_empty(list)) {
1050                 struct request *rq;
1051
1052                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
1053                 list_del_init(&rq->queuelist);
1054                 rq->mq_ctx = ctx;
1055                 __blk_mq_insert_req_list(hctx, ctx, rq, false);
1056         }
1057         blk_mq_hctx_mark_pending(hctx, ctx);
1058         spin_unlock(&ctx->lock);
1059
1060         blk_mq_run_hw_queue(hctx, from_schedule);
1061         blk_mq_put_ctx(current_ctx);
1062 }
1063
1064 static int plug_ctx_cmp(void *priv, struct list_head *a, struct list_head *b)
1065 {
1066         struct request *rqa = container_of(a, struct request, queuelist);
1067         struct request *rqb = container_of(b, struct request, queuelist);
1068
1069         return !(rqa->mq_ctx < rqb->mq_ctx ||
1070                  (rqa->mq_ctx == rqb->mq_ctx &&
1071                   blk_rq_pos(rqa) < blk_rq_pos(rqb)));
1072 }
1073
1074 void blk_mq_flush_plug_list(struct blk_plug *plug, bool from_schedule)
1075 {
1076         struct blk_mq_ctx *this_ctx;
1077         struct request_queue *this_q;
1078         struct request *rq;
1079         LIST_HEAD(list);
1080         LIST_HEAD(ctx_list);
1081         unsigned int depth;
1082
1083         list_splice_init(&plug->mq_list, &list);
1084
1085         list_sort(NULL, &list, plug_ctx_cmp);
1086
1087         this_q = NULL;
1088         this_ctx = NULL;
1089         depth = 0;
1090
1091         while (!list_empty(&list)) {
1092                 rq = list_entry_rq(list.next);
1093                 list_del_init(&rq->queuelist);
1094                 BUG_ON(!rq->q);
1095                 if (rq->mq_ctx != this_ctx) {
1096                         if (this_ctx) {
1097                                 blk_mq_insert_requests(this_q, this_ctx,
1098                                                         &ctx_list, depth,
1099                                                         from_schedule);
1100                         }
1101
1102                         this_ctx = rq->mq_ctx;
1103                         this_q = rq->q;
1104                         depth = 0;
1105                 }
1106
1107                 depth++;
1108                 list_add_tail(&rq->queuelist, &ctx_list);
1109         }
1110
1111         /*
1112          * If 'this_ctx' is set, we know we have entries to complete
1113          * on 'ctx_list'. Do those.
1114          */
1115         if (this_ctx) {
1116                 blk_mq_insert_requests(this_q, this_ctx, &ctx_list, depth,
1117                                        from_schedule);
1118         }
1119 }
1120
1121 static void blk_mq_bio_to_request(struct request *rq, struct bio *bio)
1122 {
1123         init_request_from_bio(rq, bio);
1124
1125         if (blk_do_io_stat(rq))
1126                 blk_account_io_start(rq, 1);
1127 }
1128
1129 static inline bool hctx_allow_merges(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
1130 {
1131         return (hctx->flags & BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE) &&
1132                 !blk_queue_nomerges(hctx->queue);
1133 }
1134
1135 static inline bool blk_mq_merge_queue_io(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
1136                                          struct blk_mq_ctx *ctx,
1137                                          struct request *rq, struct bio *bio)
1138 {
1139         if (!hctx_allow_merges(hctx) || !bio_mergeable(bio)) {
1140                 blk_mq_bio_to_request(rq, bio);
1141                 spin_lock(&ctx->lock);
1142 insert_rq:
1143                 __blk_mq_insert_request(hctx, rq, false);
1144                 spin_unlock(&ctx->lock);
1145                 return false;
1146         } else {
1147                 struct request_queue *q = hctx->queue;
1148
1149                 spin_lock(&ctx->lock);
1150                 if (!blk_mq_attempt_merge(q, ctx, bio)) {
1151                         blk_mq_bio_to_request(rq, bio);
1152                         goto insert_rq;
1153                 }
1154
1155                 spin_unlock(&ctx->lock);
1156                 __blk_mq_free_request(hctx, ctx, rq);
1157                 return true;
1158         }
1159 }
1160
1161 struct blk_map_ctx {
1162         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1163         struct blk_mq_ctx *ctx;
1164 };
1165
1166 static struct request *blk_mq_map_request(struct request_queue *q,
1167                                           struct bio *bio,
1168                                           struct blk_map_ctx *data)
1169 {
1170         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1171         struct blk_mq_ctx *ctx;
1172         struct request *rq;
1173         int rw = bio_data_dir(bio);
1174         struct blk_mq_alloc_data alloc_data;
1175
1176         blk_queue_enter_live(q);
1177         ctx = blk_mq_get_ctx(q);
1178         hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
1179
1180         if (rw_is_sync(bio->bi_rw))
1181                 rw |= REQ_SYNC;
1182
1183         trace_block_getrq(q, bio, rw);
1184         blk_mq_set_alloc_data(&alloc_data, q, BLK_MQ_REQ_NOWAIT, ctx, hctx);
1185         rq = __blk_mq_alloc_request(&alloc_data, rw);
1186         if (unlikely(!rq)) {
1187                 __blk_mq_run_hw_queue(hctx);
1188                 blk_mq_put_ctx(ctx);
1189                 trace_block_sleeprq(q, bio, rw);
1190
1191                 ctx = blk_mq_get_ctx(q);
1192                 hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
1193                 blk_mq_set_alloc_data(&alloc_data, q, 0, ctx, hctx);
1194                 rq = __blk_mq_alloc_request(&alloc_data, rw);
1195                 ctx = alloc_data.ctx;
1196                 hctx = alloc_data.hctx;
1197         }
1198
1199         hctx->queued++;
1200         data->hctx = hctx;
1201         data->ctx = ctx;
1202         return rq;
1203 }
1204
1205 static int blk_mq_direct_issue_request(struct request *rq, blk_qc_t *cookie)
1206 {
1207         int ret;
1208         struct request_queue *q = rq->q;
1209         struct blk_mq_hw_ctx *hctx = q->mq_ops->map_queue(q,
1210                         rq->mq_ctx->cpu);
1211         struct blk_mq_queue_data bd = {
1212                 .rq = rq,
1213                 .list = NULL,
1214                 .last = 1
1215         };
1216         blk_qc_t new_cookie = blk_tag_to_qc_t(rq->tag, hctx->queue_num);
1217
1218         /*
1219          * For OK queue, we are done. For error, kill it. Any other
1220          * error (busy), just add it to our list as we previously
1221          * would have done
1222          */
1223         ret = q->mq_ops->queue_rq(hctx, &bd);
1224         if (ret == BLK_MQ_RQ_QUEUE_OK) {
1225                 *cookie = new_cookie;
1226                 return 0;
1227         }
1228
1229         __blk_mq_requeue_request(rq);
1230
1231         if (ret == BLK_MQ_RQ_QUEUE_ERROR) {
1232                 *cookie = BLK_QC_T_NONE;
1233                 rq->errors = -EIO;
1234                 blk_mq_end_request(rq, rq->errors);
1235                 return 0;
1236         }
1237
1238         return -1;
1239 }
1240
1241 /*
1242  * Multiple hardware queue variant. This will not use per-process plugs,
1243  * but will attempt to bypass the hctx queueing if we can go straight to
1244  * hardware for SYNC IO.
1245  */
1246 static blk_qc_t blk_mq_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1247 {
1248         const int is_sync = rw_is_sync(bio->bi_rw);
1249         const int is_flush_fua = bio->bi_rw & (REQ_FLUSH | REQ_FUA);
1250         struct blk_map_ctx data;
1251         struct request *rq;
1252         unsigned int request_count = 0;
1253         struct blk_plug *plug;
1254         struct request *same_queue_rq = NULL;
1255         blk_qc_t cookie;
1256
1257         blk_queue_bounce(q, &bio);
1258
1259         if (bio_integrity_enabled(bio) && bio_integrity_prep(bio)) {
1260                 bio_io_error(bio);
1261                 return BLK_QC_T_NONE;
1262         }
1263
1264         blk_queue_split(q, &bio, q->bio_split);
1265
1266         if (!is_flush_fua && !blk_queue_nomerges(q)) {
1267                 if (blk_attempt_plug_merge(q, bio, &request_count,
1268                                            &same_queue_rq))
1269                         return BLK_QC_T_NONE;
1270         } else
1271                 request_count = blk_plug_queued_count(q);
1272
1273         rq = blk_mq_map_request(q, bio, &data);
1274         if (unlikely(!rq))
1275                 return BLK_QC_T_NONE;
1276
1277         cookie = blk_tag_to_qc_t(rq->tag, data.hctx->queue_num);
1278
1279         if (unlikely(is_flush_fua)) {
1280                 blk_mq_bio_to_request(rq, bio);
1281                 blk_insert_flush(rq);
1282                 goto run_queue;
1283         }
1284
1285         plug = current->plug;
1286         /*
1287          * If the driver supports defer issued based on 'last', then
1288          * queue it up like normal since we can potentially save some
1289          * CPU this way.
1290          */
1291         if (((plug && !blk_queue_nomerges(q)) || is_sync) &&
1292             !(data.hctx->flags & BLK_MQ_F_DEFER_ISSUE)) {
1293                 struct request *old_rq = NULL;
1294
1295                 blk_mq_bio_to_request(rq, bio);
1296
1297                 /*
1298                  * We do limited pluging. If the bio can be merged, do that.
1299                  * Otherwise the existing request in the plug list will be
1300                  * issued. So the plug list will have one request at most
1301                  */
1302                 if (plug) {
1303                         /*
1304                          * The plug list might get flushed before this. If that
1305                          * happens, same_queue_rq is invalid and plug list is
1306                          * empty
1307                          */
1308                         if (same_queue_rq && !list_empty(&plug->mq_list)) {
1309                                 old_rq = same_queue_rq;
1310                                 list_del_init(&old_rq->queuelist);
1311                         }
1312                         list_add_tail(&rq->queuelist, &plug->mq_list);
1313                 } else /* is_sync */
1314                         old_rq = rq;
1315                 blk_mq_put_ctx(data.ctx);
1316                 if (!old_rq)
1317                         goto done;
1318                 if (!blk_mq_direct_issue_request(old_rq, &cookie))
1319                         goto done;
1320                 blk_mq_insert_request(old_rq, false, true, true);
1321                 goto done;
1322         }
1323
1324         if (!blk_mq_merge_queue_io(data.hctx, data.ctx, rq, bio)) {
1325                 /*
1326                  * For a SYNC request, send it to the hardware immediately. For
1327                  * an ASYNC request, just ensure that we run it later on. The
1328                  * latter allows for merging opportunities and more efficient
1329                  * dispatching.
1330                  */
1331 run_queue:
1332                 blk_mq_run_hw_queue(data.hctx, !is_sync || is_flush_fua);
1333         }
1334         blk_mq_put_ctx(data.ctx);
1335 done:
1336         return cookie;
1337 }
1338
1339 /*
1340  * Single hardware queue variant. This will attempt to use any per-process
1341  * plug for merging and IO deferral.
1342  */
1343 static blk_qc_t blk_sq_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
1344 {
1345         const int is_sync = rw_is_sync(bio->bi_rw);
1346         const int is_flush_fua = bio->bi_rw & (REQ_FLUSH | REQ_FUA);
1347         struct blk_plug *plug;
1348         unsigned int request_count = 0;
1349         struct blk_map_ctx data;
1350         struct request *rq;
1351         blk_qc_t cookie;
1352
1353         blk_queue_bounce(q, &bio);
1354
1355         if (bio_integrity_enabled(bio) && bio_integrity_prep(bio)) {
1356                 bio_io_error(bio);
1357                 return BLK_QC_T_NONE;
1358         }
1359
1360         blk_queue_split(q, &bio, q->bio_split);
1361
1362         if (!is_flush_fua && !blk_queue_nomerges(q) &&
1363             blk_attempt_plug_merge(q, bio, &request_count, NULL))
1364                 return BLK_QC_T_NONE;
1365
1366         rq = blk_mq_map_request(q, bio, &data);
1367         if (unlikely(!rq))
1368                 return BLK_QC_T_NONE;
1369
1370         cookie = blk_tag_to_qc_t(rq->tag, data.hctx->queue_num);
1371
1372         if (unlikely(is_flush_fua)) {
1373                 blk_mq_bio_to_request(rq, bio);
1374                 blk_insert_flush(rq);
1375                 goto run_queue;
1376         }
1377
1378         /*
1379          * A task plug currently exists. Since this is completely lockless,
1380          * utilize that to temporarily store requests until the task is
1381          * either done or scheduled away.
1382          */
1383         plug = current->plug;
1384         if (plug) {
1385                 blk_mq_bio_to_request(rq, bio);
1386                 if (!request_count)
1387                         trace_block_plug(q);
1388
1389                 blk_mq_put_ctx(data.ctx);
1390
1391                 if (request_count >= BLK_MAX_REQUEST_COUNT) {
1392                         blk_flush_plug_list(plug, false);
1393                         trace_block_plug(q);
1394                 }
1395
1396                 list_add_tail(&rq->queuelist, &plug->mq_list);
1397                 return cookie;
1398         }
1399
1400         if (!blk_mq_merge_queue_io(data.hctx, data.ctx, rq, bio)) {
1401                 /*
1402                  * For a SYNC request, send it to the hardware immediately. For
1403                  * an ASYNC request, just ensure that we run it later on. The
1404                  * latter allows for merging opportunities and more efficient
1405                  * dispatching.
1406                  */
1407 run_queue:
1408                 blk_mq_run_hw_queue(data.hctx, !is_sync || is_flush_fua);
1409         }
1410
1411         blk_mq_put_ctx(data.ctx);
1412         return cookie;
1413 }
1414
1415 /*
1416  * Default mapping to a software queue, since we use one per CPU.
1417  */
1418 struct blk_mq_hw_ctx *blk_mq_map_queue(struct request_queue *q, const int cpu)
1419 {
1420         return q->queue_hw_ctx[q->mq_map[cpu]];
1421 }
1422 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_map_queue);
1423
1424 static void blk_mq_free_rq_map(struct blk_mq_tag_set *set,
1425                 struct blk_mq_tags *tags, unsigned int hctx_idx)
1426 {
1427         struct page *page;
1428
1429         if (tags->rqs && set->ops->exit_request) {
1430                 int i;
1431
1432                 for (i = 0; i < tags->nr_tags; i++) {
1433                         if (!tags->rqs[i])
1434                                 continue;
1435                         set->ops->exit_request(set->driver_data, tags->rqs[i],
1436                                                 hctx_idx, i);
1437                         tags->rqs[i] = NULL;
1438                 }
1439         }
1440
1441         while (!list_empty(&tags->page_list)) {
1442                 page = list_first_entry(&tags->page_list, struct page, lru);
1443                 list_del_init(&page->lru);
1444                 /*
1445                  * Remove kmemleak object previously allocated in
1446                  * blk_mq_init_rq_map().
1447                  */
1448                 kmemleak_free(page_address(page));
1449                 __free_pages(page, page->private);
1450         }
1451
1452         kfree(tags->rqs);
1453
1454         blk_mq_free_tags(tags);
1455 }
1456
1457 static size_t order_to_size(unsigned int order)
1458 {
1459         return (size_t)PAGE_SIZE << order;
1460 }
1461
1462 static struct blk_mq_tags *blk_mq_init_rq_map(struct blk_mq_tag_set *set,
1463                 unsigned int hctx_idx)
1464 {
1465         struct blk_mq_tags *tags;
1466         unsigned int i, j, entries_per_page, max_order = 4;
1467         size_t rq_size, left;
1468
1469         tags = blk_mq_init_tags(set->queue_depth, set->reserved_tags,
1470                                 set->numa_node,
1471                                 BLK_MQ_FLAG_TO_ALLOC_POLICY(set->flags));
1472         if (!tags)
1473                 return NULL;
1474
1475         INIT_LIST_HEAD(&tags->page_list);
1476
1477         tags->rqs = kzalloc_node(set->queue_depth * sizeof(struct request *),
1478                                  GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY,
1479                                  set->numa_node);
1480         if (!tags->rqs) {
1481                 blk_mq_free_tags(tags);
1482                 return NULL;
1483         }
1484
1485         /*
1486          * rq_size is the size of the request plus driver payload, rounded
1487          * to the cacheline size
1488          */
1489         rq_size = round_up(sizeof(struct request) + set->cmd_size,
1490                                 cache_line_size());
1491         left = rq_size * set->queue_depth;
1492
1493         for (i = 0; i < set->queue_depth; ) {
1494                 int this_order = max_order;
1495                 struct page *page;
1496                 int to_do;
1497                 void *p;
1498
1499                 while (left < order_to_size(this_order - 1) && this_order)
1500                         this_order--;
1501
1502                 do {
1503                         page = alloc_pages_node(set->numa_node,
1504                                 GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_ZERO,
1505                                 this_order);
1506                         if (page)
1507                                 break;
1508                         if (!this_order--)
1509                                 break;
1510                         if (order_to_size(this_order) < rq_size)
1511                                 break;
1512                 } while (1);
1513
1514                 if (!page)
1515                         goto fail;
1516
1517                 page->private = this_order;
1518                 list_add_tail(&page->lru, &tags->page_list);
1519
1520                 p = page_address(page);
1521                 /*
1522                  * Allow kmemleak to scan these pages as they contain pointers
1523                  * to additional allocations like via ops->init_request().
1524                  */
1525                 kmemleak_alloc(p, order_to_size(this_order), 1, GFP_KERNEL);
1526                 entries_per_page = order_to_size(this_order) / rq_size;
1527                 to_do = min(entries_per_page, set->queue_depth - i);
1528                 left -= to_do * rq_size;
1529                 for (j = 0; j < to_do; j++) {
1530                         tags->rqs[i] = p;
1531                         if (set->ops->init_request) {
1532                                 if (set->ops->init_request(set->driver_data,
1533                                                 tags->rqs[i], hctx_idx, i,
1534                                                 set->numa_node)) {
1535                                         tags->rqs[i] = NULL;
1536                                         goto fail;
1537                                 }
1538                         }
1539
1540                         p += rq_size;
1541                         i++;
1542                 }
1543         }
1544         return tags;
1545
1546 fail:
1547         blk_mq_free_rq_map(set, tags, hctx_idx);
1548         return NULL;
1549 }
1550
1551 static void blk_mq_free_bitmap(struct blk_mq_ctxmap *bitmap)
1552 {
1553         kfree(bitmap->map);
1554 }
1555
1556 static int blk_mq_alloc_bitmap(struct blk_mq_ctxmap *bitmap, int node)
1557 {
1558         unsigned int bpw = 8, total, num_maps, i;
1559
1560         bitmap->bits_per_word = bpw;
1561
1562         num_maps = ALIGN(nr_cpu_ids, bpw) / bpw;
1563         bitmap->map = kzalloc_node(num_maps * sizeof(struct blk_align_bitmap),
1564                                         GFP_KERNEL, node);
1565         if (!bitmap->map)
1566                 return -ENOMEM;
1567
1568         total = nr_cpu_ids;
1569         for (i = 0; i < num_maps; i++) {
1570                 bitmap->map[i].depth = min(total, bitmap->bits_per_word);
1571                 total -= bitmap->map[i].depth;
1572         }
1573
1574         return 0;
1575 }
1576
1577 static int blk_mq_hctx_cpu_offline(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, int cpu)
1578 {
1579         struct request_queue *q = hctx->queue;
1580         struct blk_mq_ctx *ctx;
1581         LIST_HEAD(tmp);
1582
1583         /*
1584          * Move ctx entries to new CPU, if this one is going away.
1585          */
1586         ctx = __blk_mq_get_ctx(q, cpu);
1587
1588         spin_lock(&ctx->lock);
1589         if (!list_empty(&ctx->rq_list)) {
1590                 list_splice_init(&ctx->rq_list, &tmp);
1591                 blk_mq_hctx_clear_pending(hctx, ctx);
1592         }
1593         spin_unlock(&ctx->lock);
1594
1595         if (list_empty(&tmp))
1596                 return NOTIFY_OK;
1597
1598         ctx = blk_mq_get_ctx(q);
1599         spin_lock(&ctx->lock);
1600
1601         while (!list_empty(&tmp)) {
1602                 struct request *rq;
1603
1604                 rq = list_first_entry(&tmp, struct request, queuelist);
1605                 rq->mq_ctx = ctx;
1606                 list_move_tail(&rq->queuelist, &ctx->rq_list);
1607         }
1608
1609         hctx = q->mq_ops->map_queue(q, ctx->cpu);
1610         blk_mq_hctx_mark_pending(hctx, ctx);
1611
1612         spin_unlock(&ctx->lock);
1613
1614         blk_mq_run_hw_queue(hctx, true);
1615         blk_mq_put_ctx(ctx);
1616         return NOTIFY_OK;
1617 }
1618
1619 static int blk_mq_hctx_notify(void *data, unsigned long action,
1620                               unsigned int cpu)
1621 {
1622         struct blk_mq_hw_ctx *hctx = data;
1623
1624         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN)
1625                 return blk_mq_hctx_cpu_offline(hctx, cpu);
1626
1627         /*
1628          * In case of CPU online, tags may be reallocated
1629          * in blk_mq_map_swqueue() after mapping is updated.
1630          */
1631
1632         return NOTIFY_OK;
1633 }
1634
1635 /* hctx->ctxs will be freed in queue's release handler */
1636 static void blk_mq_exit_hctx(struct request_queue *q,
1637                 struct blk_mq_tag_set *set,
1638                 struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int hctx_idx)
1639 {
1640         unsigned flush_start_tag = set->queue_depth;
1641
1642         blk_mq_tag_idle(hctx);
1643
1644         if (set->ops->exit_request)
1645                 set->ops->exit_request(set->driver_data,
1646                                        hctx->fq->flush_rq, hctx_idx,
1647                                        flush_start_tag + hctx_idx);
1648
1649         if (set->ops->exit_hctx)
1650                 set->ops->exit_hctx(hctx, hctx_idx);
1651
1652         blk_mq_unregister_cpu_notifier(&hctx->cpu_notifier);
1653         blk_free_flush_queue(hctx->fq);
1654         blk_mq_free_bitmap(&hctx->ctx_map);
1655 }
1656
1657 static void blk_mq_exit_hw_queues(struct request_queue *q,
1658                 struct blk_mq_tag_set *set, int nr_queue)
1659 {
1660         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1661         unsigned int i;
1662
1663         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
1664                 if (i == nr_queue)
1665                         break;
1666                 blk_mq_exit_hctx(q, set, hctx, i);
1667         }
1668 }
1669
1670 static void blk_mq_free_hw_queues(struct request_queue *q,
1671                 struct blk_mq_tag_set *set)
1672 {
1673         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1674         unsigned int i;
1675
1676         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i)
1677                 free_cpumask_var(hctx->cpumask);
1678 }
1679
1680 static int blk_mq_init_hctx(struct request_queue *q,
1681                 struct blk_mq_tag_set *set,
1682                 struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned hctx_idx)
1683 {
1684         int node;
1685         unsigned flush_start_tag = set->queue_depth;
1686
1687         node = hctx->numa_node;
1688         if (node == NUMA_NO_NODE)
1689                 node = hctx->numa_node = set->numa_node;
1690
1691         INIT_DELAYED_WORK(&hctx->run_work, blk_mq_run_work_fn);
1692         INIT_DELAYED_WORK(&hctx->delay_work, blk_mq_delay_work_fn);
1693         spin_lock_init(&hctx->lock);
1694         INIT_LIST_HEAD(&hctx->dispatch);
1695         hctx->queue = q;
1696         hctx->queue_num = hctx_idx;
1697         hctx->flags = set->flags & ~BLK_MQ_F_TAG_SHARED;
1698
1699         blk_mq_init_cpu_notifier(&hctx->cpu_notifier,
1700                                         blk_mq_hctx_notify, hctx);
1701         blk_mq_register_cpu_notifier(&hctx->cpu_notifier);
1702
1703         hctx->tags = set->tags[hctx_idx];
1704
1705         /*
1706          * Allocate space for all possible cpus to avoid allocation at
1707          * runtime
1708          */
1709         hctx->ctxs = kmalloc_node(nr_cpu_ids * sizeof(void *),
1710                                         GFP_KERNEL, node);
1711         if (!hctx->ctxs)
1712                 goto unregister_cpu_notifier;
1713
1714         if (blk_mq_alloc_bitmap(&hctx->ctx_map, node))
1715                 goto free_ctxs;
1716
1717         hctx->nr_ctx = 0;
1718
1719         if (set->ops->init_hctx &&
1720             set->ops->init_hctx(hctx, set->driver_data, hctx_idx))
1721                 goto free_bitmap;
1722
1723         hctx->fq = blk_alloc_flush_queue(q, hctx->numa_node, set->cmd_size);
1724         if (!hctx->fq)
1725                 goto exit_hctx;
1726
1727         if (set->ops->init_request &&
1728             set->ops->init_request(set->driver_data,
1729                                    hctx->fq->flush_rq, hctx_idx,
1730                                    flush_start_tag + hctx_idx, node))
1731                 goto free_fq;
1732
1733         return 0;
1734
1735  free_fq:
1736         kfree(hctx->fq);
1737  exit_hctx:
1738         if (set->ops->exit_hctx)
1739                 set->ops->exit_hctx(hctx, hctx_idx);
1740  free_bitmap:
1741         blk_mq_free_bitmap(&hctx->ctx_map);
1742  free_ctxs:
1743         kfree(hctx->ctxs);
1744  unregister_cpu_notifier:
1745         blk_mq_unregister_cpu_notifier(&hctx->cpu_notifier);
1746
1747         return -1;
1748 }
1749
1750 static void blk_mq_init_cpu_queues(struct request_queue *q,
1751                                    unsigned int nr_hw_queues)
1752 {
1753         unsigned int i;
1754
1755         for_each_possible_cpu(i) {
1756                 struct blk_mq_ctx *__ctx = per_cpu_ptr(q->queue_ctx, i);
1757                 struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1758
1759                 memset(__ctx, 0, sizeof(*__ctx));
1760                 __ctx->cpu = i;
1761                 spin_lock_init(&__ctx->lock);
1762                 INIT_LIST_HEAD(&__ctx->rq_list);
1763                 __ctx->queue = q;
1764
1765                 /* If the cpu isn't online, the cpu is mapped to first hctx */
1766                 if (!cpu_online(i))
1767                         continue;
1768
1769                 hctx = q->mq_ops->map_queue(q, i);
1770
1771                 /*
1772                  * Set local node, IFF we have more than one hw queue. If
1773                  * not, we remain on the home node of the device
1774                  */
1775                 if (nr_hw_queues > 1 && hctx->numa_node == NUMA_NO_NODE)
1776                         hctx->numa_node = local_memory_node(cpu_to_node(i));
1777         }
1778 }
1779
1780 static void blk_mq_map_swqueue(struct request_queue *q,
1781                                const struct cpumask *online_mask)
1782 {
1783         unsigned int i;
1784         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1785         struct blk_mq_ctx *ctx;
1786         struct blk_mq_tag_set *set = q->tag_set;
1787
1788         /*
1789          * Avoid others reading imcomplete hctx->cpumask through sysfs
1790          */
1791         mutex_lock(&q->sysfs_lock);
1792
1793         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
1794                 cpumask_clear(hctx->cpumask);
1795                 hctx->nr_ctx = 0;
1796         }
1797
1798         /*
1799          * Map software to hardware queues
1800          */
1801         for_each_possible_cpu(i) {
1802                 /* If the cpu isn't online, the cpu is mapped to first hctx */
1803                 if (!cpumask_test_cpu(i, online_mask))
1804                         continue;
1805
1806                 ctx = per_cpu_ptr(q->queue_ctx, i);
1807                 hctx = q->mq_ops->map_queue(q, i);
1808
1809                 cpumask_set_cpu(i, hctx->cpumask);
1810                 ctx->index_hw = hctx->nr_ctx;
1811                 hctx->ctxs[hctx->nr_ctx++] = ctx;
1812         }
1813
1814         mutex_unlock(&q->sysfs_lock);
1815
1816         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
1817                 struct blk_mq_ctxmap *map = &hctx->ctx_map;
1818
1819                 /*
1820                  * If no software queues are mapped to this hardware queue,
1821                  * disable it and free the request entries.
1822                  */
1823                 if (!hctx->nr_ctx) {
1824                         if (set->tags[i]) {
1825                                 blk_mq_free_rq_map(set, set->tags[i], i);
1826                                 set->tags[i] = NULL;
1827                         }
1828                         hctx->tags = NULL;
1829                         continue;
1830                 }
1831
1832                 /* unmapped hw queue can be remapped after CPU topo changed */
1833                 if (!set->tags[i])
1834                         set->tags[i] = blk_mq_init_rq_map(set, i);
1835                 hctx->tags = set->tags[i];
1836                 WARN_ON(!hctx->tags);
1837
1838                 cpumask_copy(hctx->tags->cpumask, hctx->cpumask);
1839                 /*
1840                  * Set the map size to the number of mapped software queues.
1841                  * This is more accurate and more efficient than looping
1842                  * over all possibly mapped software queues.
1843                  */
1844                 map->size = DIV_ROUND_UP(hctx->nr_ctx, map->bits_per_word);
1845
1846                 /*
1847                  * Initialize batch roundrobin counts
1848                  */
1849                 hctx->next_cpu = cpumask_first(hctx->cpumask);
1850                 hctx->next_cpu_batch = BLK_MQ_CPU_WORK_BATCH;
1851         }
1852 }
1853
1854 static void queue_set_hctx_shared(struct request_queue *q, bool shared)
1855 {
1856         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1857         int i;
1858
1859         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
1860                 if (shared)
1861                         hctx->flags |= BLK_MQ_F_TAG_SHARED;
1862                 else
1863                         hctx->flags &= ~BLK_MQ_F_TAG_SHARED;
1864         }
1865 }
1866
1867 static void blk_mq_update_tag_set_depth(struct blk_mq_tag_set *set, bool shared)
1868 {
1869         struct request_queue *q;
1870
1871         list_for_each_entry(q, &set->tag_list, tag_set_list) {
1872                 blk_mq_freeze_queue(q);
1873                 queue_set_hctx_shared(q, shared);
1874                 blk_mq_unfreeze_queue(q);
1875         }
1876 }
1877
1878 static void blk_mq_del_queue_tag_set(struct request_queue *q)
1879 {
1880         struct blk_mq_tag_set *set = q->tag_set;
1881
1882         mutex_lock(&set->tag_list_lock);
1883         list_del_init(&q->tag_set_list);
1884         if (list_is_singular(&set->tag_list)) {
1885                 /* just transitioned to unshared */
1886                 set->flags &= ~BLK_MQ_F_TAG_SHARED;
1887                 /* update existing queue */
1888                 blk_mq_update_tag_set_depth(set, false);
1889         }
1890         mutex_unlock(&set->tag_list_lock);
1891 }
1892
1893 static void blk_mq_add_queue_tag_set(struct blk_mq_tag_set *set,
1894                                      struct request_queue *q)
1895 {
1896         q->tag_set = set;
1897
1898         mutex_lock(&set->tag_list_lock);
1899
1900         /* Check to see if we're transitioning to shared (from 1 to 2 queues). */
1901         if (!list_empty(&set->tag_list) && !(set->flags & BLK_MQ_F_TAG_SHARED)) {
1902                 set->flags |= BLK_MQ_F_TAG_SHARED;
1903                 /* update existing queue */
1904                 blk_mq_update_tag_set_depth(set, true);
1905         }
1906         if (set->flags & BLK_MQ_F_TAG_SHARED)
1907                 queue_set_hctx_shared(q, true);
1908         list_add_tail(&q->tag_set_list, &set->tag_list);
1909
1910         mutex_unlock(&set->tag_list_lock);
1911 }
1912
1913 /*
1914  * It is the actual release handler for mq, but we do it from
1915  * request queue's release handler for avoiding use-after-free
1916  * and headache because q->mq_kobj shouldn't have been introduced,
1917  * but we can't group ctx/kctx kobj without it.
1918  */
1919 void blk_mq_release(struct request_queue *q)
1920 {
1921         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
1922         unsigned int i;
1923
1924         /* hctx kobj stays in hctx */
1925         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
1926                 if (!hctx)
1927                         continue;
1928                 kfree(hctx->ctxs);
1929                 kfree(hctx);
1930         }
1931
1932         kfree(q->mq_map);
1933         q->mq_map = NULL;
1934
1935         kfree(q->queue_hw_ctx);
1936
1937         /* ctx kobj stays in queue_ctx */
1938         free_percpu(q->queue_ctx);
1939 }
1940
1941 struct request_queue *blk_mq_init_queue(struct blk_mq_tag_set *set)
1942 {
1943         struct request_queue *uninit_q, *q;
1944
1945         uninit_q = blk_alloc_queue_node(GFP_KERNEL, set->numa_node);
1946         if (!uninit_q)
1947                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1948
1949         q = blk_mq_init_allocated_queue(set, uninit_q);
1950         if (IS_ERR(q))
1951                 blk_cleanup_queue(uninit_q);
1952
1953         return q;
1954 }
1955 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_init_queue);
1956
1957 static void blk_mq_realloc_hw_ctxs(struct blk_mq_tag_set *set,
1958                                                 struct request_queue *q)
1959 {
1960         int i, j;
1961         struct blk_mq_hw_ctx **hctxs = q->queue_hw_ctx;
1962
1963         blk_mq_sysfs_unregister(q);
1964         for (i = 0; i < set->nr_hw_queues; i++) {
1965                 int node;
1966
1967                 if (hctxs[i])
1968                         continue;
1969
1970                 node = blk_mq_hw_queue_to_node(q->mq_map, i);
1971                 hctxs[i] = kzalloc_node(sizeof(struct blk_mq_hw_ctx),
1972                                         GFP_KERNEL, node);
1973                 if (!hctxs[i])
1974                         break;
1975
1976                 if (!zalloc_cpumask_var_node(&hctxs[i]->cpumask, GFP_KERNEL,
1977                                                 node)) {
1978                         kfree(hctxs[i]);
1979                         hctxs[i] = NULL;
1980                         break;
1981                 }
1982
1983                 atomic_set(&hctxs[i]->nr_active, 0);
1984                 hctxs[i]->numa_node = node;
1985                 hctxs[i]->queue_num = i;
1986
1987                 if (blk_mq_init_hctx(q, set, hctxs[i], i)) {
1988                         free_cpumask_var(hctxs[i]->cpumask);
1989                         kfree(hctxs[i]);
1990                         hctxs[i] = NULL;
1991                         break;
1992                 }
1993                 blk_mq_hctx_kobj_init(hctxs[i]);
1994         }
1995         for (j = i; j < q->nr_hw_queues; j++) {
1996                 struct blk_mq_hw_ctx *hctx = hctxs[j];
1997
1998                 if (hctx) {
1999                         if (hctx->tags) {
2000                                 blk_mq_free_rq_map(set, hctx->tags, j);
2001                                 set->tags[j] = NULL;
2002                         }
2003                         blk_mq_exit_hctx(q, set, hctx, j);
2004                         free_cpumask_var(hctx->cpumask);
2005                         kobject_put(&hctx->kobj);
2006                         kfree(hctx->ctxs);
2007                         kfree(hctx);
2008                         hctxs[j] = NULL;
2009
2010                 }
2011         }
2012         q->nr_hw_queues = i;
2013         blk_mq_sysfs_register(q);
2014 }
2015
2016 struct request_queue *blk_mq_init_allocated_queue(struct blk_mq_tag_set *set,
2017                                                   struct request_queue *q)
2018 {
2019         /* mark the queue as mq asap */
2020         q->mq_ops = set->ops;
2021
2022         q->queue_ctx = alloc_percpu(struct blk_mq_ctx);
2023         if (!q->queue_ctx)
2024                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2025
2026         q->queue_hw_ctx = kzalloc_node(nr_cpu_ids * sizeof(*(q->queue_hw_ctx)),
2027                                                 GFP_KERNEL, set->numa_node);
2028         if (!q->queue_hw_ctx)
2029                 goto err_percpu;
2030
2031         q->mq_map = blk_mq_make_queue_map(set);
2032         if (!q->mq_map)
2033                 goto err_map;
2034
2035         blk_mq_realloc_hw_ctxs(set, q);
2036         if (!q->nr_hw_queues)
2037                 goto err_hctxs;
2038
2039         INIT_WORK(&q->timeout_work, blk_mq_timeout_work);
2040         blk_queue_rq_timeout(q, set->timeout ? set->timeout : 30 * HZ);
2041
2042         q->nr_queues = nr_cpu_ids;
2043
2044         q->queue_flags |= QUEUE_FLAG_MQ_DEFAULT;
2045
2046         if (!(set->flags & BLK_MQ_F_SG_MERGE))
2047                 q->queue_flags |= 1 << QUEUE_FLAG_NO_SG_MERGE;
2048
2049         q->sg_reserved_size = INT_MAX;
2050
2051         INIT_WORK(&q->requeue_work, blk_mq_requeue_work);
2052         INIT_LIST_HEAD(&q->requeue_list);
2053         spin_lock_init(&q->requeue_lock);
2054
2055         if (q->nr_hw_queues > 1)
2056                 blk_queue_make_request(q, blk_mq_make_request);
2057         else
2058                 blk_queue_make_request(q, blk_sq_make_request);
2059
2060         /*
2061          * Do this after blk_queue_make_request() overrides it...
2062          */
2063         q->nr_requests = set->queue_depth;
2064
2065         if (set->ops->complete)
2066                 blk_queue_softirq_done(q, set->ops->complete);
2067
2068         blk_mq_init_cpu_queues(q, set->nr_hw_queues);
2069
2070         get_online_cpus();
2071         mutex_lock(&all_q_mutex);
2072
2073         list_add_tail(&q->all_q_node, &all_q_list);
2074         blk_mq_add_queue_tag_set(set, q);
2075         blk_mq_map_swqueue(q, cpu_online_mask);
2076
2077         mutex_unlock(&all_q_mutex);
2078         put_online_cpus();
2079
2080         return q;
2081
2082 err_hctxs:
2083         kfree(q->mq_map);
2084 err_map:
2085         kfree(q->queue_hw_ctx);
2086 err_percpu:
2087         free_percpu(q->queue_ctx);
2088         return ERR_PTR(-ENOMEM);
2089 }
2090 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_init_allocated_queue);
2091
2092 void blk_mq_free_queue(struct request_queue *q)
2093 {
2094         struct blk_mq_tag_set   *set = q->tag_set;
2095
2096         mutex_lock(&all_q_mutex);
2097         list_del_init(&q->all_q_node);
2098         mutex_unlock(&all_q_mutex);
2099
2100         blk_mq_del_queue_tag_set(q);
2101
2102         blk_mq_exit_hw_queues(q, set, set->nr_hw_queues);
2103         blk_mq_free_hw_queues(q, set);
2104 }
2105
2106 /* Basically redo blk_mq_init_queue with queue frozen */
2107 static void blk_mq_queue_reinit(struct request_queue *q,
2108                                 const struct cpumask *online_mask)
2109 {
2110         WARN_ON_ONCE(!atomic_read(&q->mq_freeze_depth));
2111
2112         blk_mq_sysfs_unregister(q);
2113
2114         blk_mq_update_queue_map(q->mq_map, q->nr_hw_queues, online_mask);
2115
2116         /*
2117          * redo blk_mq_init_cpu_queues and blk_mq_init_hw_queues. FIXME: maybe
2118          * we should change hctx numa_node according to new topology (this
2119          * involves free and re-allocate memory, worthy doing?)
2120          */
2121
2122         blk_mq_map_swqueue(q, online_mask);
2123
2124         blk_mq_sysfs_register(q);
2125 }
2126
2127 static int blk_mq_queue_reinit_notify(struct notifier_block *nb,
2128                                       unsigned long action, void *hcpu)
2129 {
2130         struct request_queue *q;
2131         int cpu = (unsigned long)hcpu;
2132         /*
2133          * New online cpumask which is going to be set in this hotplug event.
2134          * Declare this cpumasks as global as cpu-hotplug operation is invoked
2135          * one-by-one and dynamically allocating this could result in a failure.
2136          */
2137         static struct cpumask online_new;
2138
2139         /*
2140          * Before hotadded cpu starts handling requests, new mappings must
2141          * be established.  Otherwise, these requests in hw queue might
2142          * never be dispatched.
2143          *
2144          * For example, there is a single hw queue (hctx) and two CPU queues
2145          * (ctx0 for CPU0, and ctx1 for CPU1).
2146          *
2147          * Now CPU1 is just onlined and a request is inserted into
2148          * ctx1->rq_list and set bit0 in pending bitmap as ctx1->index_hw is
2149          * still zero.
2150          *
2151          * And then while running hw queue, flush_busy_ctxs() finds bit0 is
2152          * set in pending bitmap and tries to retrieve requests in
2153          * hctx->ctxs[0]->rq_list.  But htx->ctxs[0] is a pointer to ctx0,
2154          * so the request in ctx1->rq_list is ignored.
2155          */
2156         switch (action & ~CPU_TASKS_FROZEN) {
2157         case CPU_DEAD:
2158         case CPU_UP_CANCELED:
2159                 cpumask_copy(&online_new, cpu_online_mask);
2160                 break;
2161         case CPU_UP_PREPARE:
2162                 cpumask_copy(&online_new, cpu_online_mask);
2163                 cpumask_set_cpu(cpu, &online_new);
2164                 break;
2165         default:
2166                 return NOTIFY_OK;
2167         }
2168
2169         mutex_lock(&all_q_mutex);
2170
2171         /*
2172          * We need to freeze and reinit all existing queues.  Freezing
2173          * involves synchronous wait for an RCU grace period and doing it
2174          * one by one may take a long time.  Start freezing all queues in
2175          * one swoop and then wait for the completions so that freezing can
2176          * take place in parallel.
2177          */
2178         list_for_each_entry(q, &all_q_list, all_q_node)
2179                 blk_mq_freeze_queue_start(q);
2180         list_for_each_entry(q, &all_q_list, all_q_node) {
2181                 blk_mq_freeze_queue_wait(q);
2182
2183                 /*
2184                  * timeout handler can't touch hw queue during the
2185                  * reinitialization
2186                  */
2187                 del_timer_sync(&q->timeout);
2188         }
2189
2190         list_for_each_entry(q, &all_q_list, all_q_node)
2191                 blk_mq_queue_reinit(q, &online_new);
2192
2193         list_for_each_entry(q, &all_q_list, all_q_node)
2194                 blk_mq_unfreeze_queue(q);
2195
2196         mutex_unlock(&all_q_mutex);
2197         return NOTIFY_OK;
2198 }
2199
2200 static int __blk_mq_alloc_rq_maps(struct blk_mq_tag_set *set)
2201 {
2202         int i;
2203
2204         for (i = 0; i < set->nr_hw_queues; i++) {
2205                 set->tags[i] = blk_mq_init_rq_map(set, i);
2206                 if (!set->tags[i])
2207                         goto out_unwind;
2208         }
2209
2210         return 0;
2211
2212 out_unwind:
2213         while (--i >= 0)
2214                 blk_mq_free_rq_map(set, set->tags[i], i);
2215
2216         return -ENOMEM;
2217 }
2218
2219 /*
2220  * Allocate the request maps associated with this tag_set. Note that this
2221  * may reduce the depth asked for, if memory is tight. set->queue_depth
2222  * will be updated to reflect the allocated depth.
2223  */
2224 static int blk_mq_alloc_rq_maps(struct blk_mq_tag_set *set)
2225 {
2226         unsigned int depth;
2227         int err;
2228
2229         depth = set->queue_depth;
2230         do {
2231                 err = __blk_mq_alloc_rq_maps(set);
2232                 if (!err)
2233                         break;
2234
2235                 set->queue_depth >>= 1;
2236                 if (set->queue_depth < set->reserved_tags + BLK_MQ_TAG_MIN) {
2237                         err = -ENOMEM;
2238                         break;
2239                 }
2240         } while (set->queue_depth);
2241
2242         if (!set->queue_depth || err) {
2243                 pr_err("blk-mq: failed to allocate request map\n");
2244                 return -ENOMEM;
2245         }
2246
2247         if (depth != set->queue_depth)
2248                 pr_info("blk-mq: reduced tag depth (%u -> %u)\n",
2249                                                 depth, set->queue_depth);
2250
2251         return 0;
2252 }
2253
2254 struct cpumask *blk_mq_tags_cpumask(struct blk_mq_tags *tags)
2255 {
2256         return tags->cpumask;
2257 }
2258 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_tags_cpumask);
2259
2260 /*
2261  * Alloc a tag set to be associated with one or more request queues.
2262  * May fail with EINVAL for various error conditions. May adjust the
2263  * requested depth down, if if it too large. In that case, the set
2264  * value will be stored in set->queue_depth.
2265  */
2266 int blk_mq_alloc_tag_set(struct blk_mq_tag_set *set)
2267 {
2268         BUILD_BUG_ON(BLK_MQ_MAX_DEPTH > 1 << BLK_MQ_UNIQUE_TAG_BITS);
2269
2270         if (!set->nr_hw_queues)
2271                 return -EINVAL;
2272         if (!set->queue_depth)
2273                 return -EINVAL;
2274         if (set->queue_depth < set->reserved_tags + BLK_MQ_TAG_MIN)
2275                 return -EINVAL;
2276
2277         if (!set->ops->queue_rq || !set->ops->map_queue)
2278                 return -EINVAL;
2279
2280         if (set->queue_depth > BLK_MQ_MAX_DEPTH) {
2281                 pr_info("blk-mq: reduced tag depth to %u\n",
2282                         BLK_MQ_MAX_DEPTH);
2283                 set->queue_depth = BLK_MQ_MAX_DEPTH;
2284         }
2285
2286         /*
2287          * If a crashdump is active, then we are potentially in a very
2288          * memory constrained environment. Limit us to 1 queue and
2289          * 64 tags to prevent using too much memory.
2290          */
2291         if (is_kdump_kernel()) {
2292                 set->nr_hw_queues = 1;
2293                 set->queue_depth = min(64U, set->queue_depth);
2294         }
2295         /*
2296          * There is no use for more h/w queues than cpus.
2297          */
2298         if (set->nr_hw_queues > nr_cpu_ids)
2299                 set->nr_hw_queues = nr_cpu_ids;
2300
2301         set->tags = kzalloc_node(nr_cpu_ids * sizeof(struct blk_mq_tags *),
2302                                  GFP_KERNEL, set->numa_node);
2303         if (!set->tags)
2304                 return -ENOMEM;
2305
2306         if (blk_mq_alloc_rq_maps(set))
2307                 goto enomem;
2308
2309         mutex_init(&set->tag_list_lock);
2310         INIT_LIST_HEAD(&set->tag_list);
2311
2312         return 0;
2313 enomem:
2314         kfree(set->tags);
2315         set->tags = NULL;
2316         return -ENOMEM;
2317 }
2318 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_alloc_tag_set);
2319
2320 void blk_mq_free_tag_set(struct blk_mq_tag_set *set)
2321 {
2322         int i;
2323
2324         for (i = 0; i < nr_cpu_ids; i++) {
2325                 if (set->tags[i])
2326                         blk_mq_free_rq_map(set, set->tags[i], i);
2327         }
2328
2329         kfree(set->tags);
2330         set->tags = NULL;
2331 }
2332 EXPORT_SYMBOL(blk_mq_free_tag_set);
2333
2334 int blk_mq_update_nr_requests(struct request_queue *q, unsigned int nr)
2335 {
2336         struct blk_mq_tag_set *set = q->tag_set;
2337         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
2338         int i, ret;
2339
2340         if (!set || nr > set->queue_depth)
2341                 return -EINVAL;
2342
2343         ret = 0;
2344         queue_for_each_hw_ctx(q, hctx, i) {
2345                 if (!hctx->tags)
2346                         continue;
2347                 ret = blk_mq_tag_update_depth(hctx->tags, nr);
2348                 if (ret)
2349                         break;
2350         }
2351
2352         if (!ret)
2353                 q->nr_requests = nr;
2354
2355         return ret;
2356 }
2357
2358 void blk_mq_update_nr_hw_queues(struct blk_mq_tag_set *set, int nr_hw_queues)
2359 {
2360         struct request_queue *q;
2361
2362         if (nr_hw_queues > nr_cpu_ids)
2363                 nr_hw_queues = nr_cpu_ids;
2364         if (nr_hw_queues < 1 || nr_hw_queues == set->nr_hw_queues)
2365                 return;
2366
2367         list_for_each_entry(q, &set->tag_list, tag_set_list)
2368                 blk_mq_freeze_queue(q);
2369
2370         set->nr_hw_queues = nr_hw_queues;
2371         list_for_each_entry(q, &set->tag_list, tag_set_list) {
2372                 blk_mq_realloc_hw_ctxs(set, q);
2373
2374                 if (q->nr_hw_queues > 1)
2375                         blk_queue_make_request(q, blk_mq_make_request);
2376                 else
2377                         blk_queue_make_request(q, blk_sq_make_request);
2378
2379                 blk_mq_queue_reinit(q, cpu_online_mask);
2380         }
2381
2382         list_for_each_entry(q, &set->tag_list, tag_set_list)
2383                 blk_mq_unfreeze_queue(q);
2384 }
2385 EXPORT_SYMBOL_GPL(blk_mq_update_nr_hw_queues);
2386
2387 void blk_mq_disable_hotplug(void)
2388 {
2389         mutex_lock(&all_q_mutex);
2390 }
2391
2392 void blk_mq_enable_hotplug(void)
2393 {
2394         mutex_unlock(&all_q_mutex);
2395 }
2396
2397 static int __init blk_mq_init(void)
2398 {
2399         blk_mq_cpu_init();
2400
2401         hotcpu_notifier(blk_mq_queue_reinit_notify, 0);
2402
2403         return 0;
2404 }
2405 subsys_initcall(blk_mq_init);