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