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