[BLOCK] Move all core block layer code to new block/ directory
[linux-2.6.git] / block / as-iosched.c
1 /*
2  *  linux/drivers/block/as-iosched.c
3  *
4  *  Anticipatory & deadline i/o scheduler.
5  *
6  *  Copyright (C) 2002 Jens Axboe <axboe@suse.de>
7  *                     Nick Piggin <piggin@cyberone.com.au>
8  *
9  */
10 #include <linux/kernel.h>
11 #include <linux/fs.h>
12 #include <linux/blkdev.h>
13 #include <linux/elevator.h>
14 #include <linux/bio.h>
15 #include <linux/config.h>
16 #include <linux/module.h>
17 #include <linux/slab.h>
18 #include <linux/init.h>
19 #include <linux/compiler.h>
20 #include <linux/hash.h>
21 #include <linux/rbtree.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23
24 #define REQ_SYNC        1
25 #define REQ_ASYNC       0
26
27 /*
28  * See Documentation/block/as-iosched.txt
29  */
30
31 /*
32  * max time before a read is submitted.
33  */
34 #define default_read_expire (HZ / 8)
35
36 /*
37  * ditto for writes, these limits are not hard, even
38  * if the disk is capable of satisfying them.
39  */
40 #define default_write_expire (HZ / 4)
41
42 /*
43  * read_batch_expire describes how long we will allow a stream of reads to
44  * persist before looking to see whether it is time to switch over to writes.
45  */
46 #define default_read_batch_expire (HZ / 2)
47
48 /*
49  * write_batch_expire describes how long we want a stream of writes to run for.
50  * This is not a hard limit, but a target we set for the auto-tuning thingy.
51  * See, the problem is: we can send a lot of writes to disk cache / TCQ in
52  * a short amount of time...
53  */
54 #define default_write_batch_expire (HZ / 8)
55
56 /*
57  * max time we may wait to anticipate a read (default around 6ms)
58  */
59 #define default_antic_expire ((HZ / 150) ? HZ / 150 : 1)
60
61 /*
62  * Keep track of up to 20ms thinktimes. We can go as big as we like here,
63  * however huge values tend to interfere and not decay fast enough. A program
64  * might be in a non-io phase of operation. Waiting on user input for example,
65  * or doing a lengthy computation. A small penalty can be justified there, and
66  * will still catch out those processes that constantly have large thinktimes.
67  */
68 #define MAX_THINKTIME (HZ/50UL)
69
70 /* Bits in as_io_context.state */
71 enum as_io_states {
72         AS_TASK_RUNNING=0,      /* Process has not exitted */
73         AS_TASK_IOSTARTED,      /* Process has started some IO */
74         AS_TASK_IORUNNING,      /* Process has completed some IO */
75 };
76
77 enum anticipation_status {
78         ANTIC_OFF=0,            /* Not anticipating (normal operation)  */
79         ANTIC_WAIT_REQ,         /* The last read has not yet completed  */
80         ANTIC_WAIT_NEXT,        /* Currently anticipating a request vs
81                                    last read (which has completed) */
82         ANTIC_FINISHED,         /* Anticipating but have found a candidate
83                                  * or timed out */
84 };
85
86 struct as_data {
87         /*
88          * run time data
89          */
90
91         struct request_queue *q;        /* the "owner" queue */
92
93         /*
94          * requests (as_rq s) are present on both sort_list and fifo_list
95          */
96         struct rb_root sort_list[2];
97         struct list_head fifo_list[2];
98
99         struct as_rq *next_arq[2];      /* next in sort order */
100         sector_t last_sector[2];        /* last REQ_SYNC & REQ_ASYNC sectors */
101         struct list_head *hash;         /* request hash */
102
103         unsigned long exit_prob;        /* probability a task will exit while
104                                            being waited on */
105         unsigned long new_ttime_total;  /* mean thinktime on new proc */
106         unsigned long new_ttime_mean;
107         u64 new_seek_total;             /* mean seek on new proc */
108         sector_t new_seek_mean;
109
110         unsigned long current_batch_expires;
111         unsigned long last_check_fifo[2];
112         int changed_batch;              /* 1: waiting for old batch to end */
113         int new_batch;                  /* 1: waiting on first read complete */
114         int batch_data_dir;             /* current batch REQ_SYNC / REQ_ASYNC */
115         int write_batch_count;          /* max # of reqs in a write batch */
116         int current_write_count;        /* how many requests left this batch */
117         int write_batch_idled;          /* has the write batch gone idle? */
118         mempool_t *arq_pool;
119
120         enum anticipation_status antic_status;
121         unsigned long antic_start;      /* jiffies: when it started */
122         struct timer_list antic_timer;  /* anticipatory scheduling timer */
123         struct work_struct antic_work;  /* Deferred unplugging */
124         struct io_context *io_context;  /* Identify the expected process */
125         int ioc_finished; /* IO associated with io_context is finished */
126         int nr_dispatched;
127
128         /*
129          * settings that change how the i/o scheduler behaves
130          */
131         unsigned long fifo_expire[2];
132         unsigned long batch_expire[2];
133         unsigned long antic_expire;
134 };
135
136 #define list_entry_fifo(ptr)    list_entry((ptr), struct as_rq, fifo)
137
138 /*
139  * per-request data.
140  */
141 enum arq_state {
142         AS_RQ_NEW=0,            /* New - not referenced and not on any lists */
143         AS_RQ_QUEUED,           /* In the request queue. It belongs to the
144                                    scheduler */
145         AS_RQ_DISPATCHED,       /* On the dispatch list. It belongs to the
146                                    driver now */
147         AS_RQ_PRESCHED,         /* Debug poisoning for requests being used */
148         AS_RQ_REMOVED,
149         AS_RQ_MERGED,
150         AS_RQ_POSTSCHED,        /* when they shouldn't be */
151 };
152
153 struct as_rq {
154         /*
155          * rbtree index, key is the starting offset
156          */
157         struct rb_node rb_node;
158         sector_t rb_key;
159
160         struct request *request;
161
162         struct io_context *io_context;  /* The submitting task */
163
164         /*
165          * request hash, key is the ending offset (for back merge lookup)
166          */
167         struct list_head hash;
168         unsigned int on_hash;
169
170         /*
171          * expire fifo
172          */
173         struct list_head fifo;
174         unsigned long expires;
175
176         unsigned int is_sync;
177         enum arq_state state;
178 };
179
180 #define RQ_DATA(rq)     ((struct as_rq *) (rq)->elevator_private)
181
182 static kmem_cache_t *arq_pool;
183
184 /*
185  * IO Context helper functions
186  */
187
188 /* Called to deallocate the as_io_context */
189 static void free_as_io_context(struct as_io_context *aic)
190 {
191         kfree(aic);
192 }
193
194 /* Called when the task exits */
195 static void exit_as_io_context(struct as_io_context *aic)
196 {
197         WARN_ON(!test_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state));
198         clear_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state);
199 }
200
201 static struct as_io_context *alloc_as_io_context(void)
202 {
203         struct as_io_context *ret;
204
205         ret = kmalloc(sizeof(*ret), GFP_ATOMIC);
206         if (ret) {
207                 ret->dtor = free_as_io_context;
208                 ret->exit = exit_as_io_context;
209                 ret->state = 1 << AS_TASK_RUNNING;
210                 atomic_set(&ret->nr_queued, 0);
211                 atomic_set(&ret->nr_dispatched, 0);
212                 spin_lock_init(&ret->lock);
213                 ret->ttime_total = 0;
214                 ret->ttime_samples = 0;
215                 ret->ttime_mean = 0;
216                 ret->seek_total = 0;
217                 ret->seek_samples = 0;
218                 ret->seek_mean = 0;
219         }
220
221         return ret;
222 }
223
224 /*
225  * If the current task has no AS IO context then create one and initialise it.
226  * Then take a ref on the task's io context and return it.
227  */
228 static struct io_context *as_get_io_context(void)
229 {
230         struct io_context *ioc = get_io_context(GFP_ATOMIC);
231         if (ioc && !ioc->aic) {
232                 ioc->aic = alloc_as_io_context();
233                 if (!ioc->aic) {
234                         put_io_context(ioc);
235                         ioc = NULL;
236                 }
237         }
238         return ioc;
239 }
240
241 static void as_put_io_context(struct as_rq *arq)
242 {
243         struct as_io_context *aic;
244
245         if (unlikely(!arq->io_context))
246                 return;
247
248         aic = arq->io_context->aic;
249
250         if (arq->is_sync == REQ_SYNC && aic) {
251                 spin_lock(&aic->lock);
252                 set_bit(AS_TASK_IORUNNING, &aic->state);
253                 aic->last_end_request = jiffies;
254                 spin_unlock(&aic->lock);
255         }
256
257         put_io_context(arq->io_context);
258 }
259
260 /*
261  * the back merge hash support functions
262  */
263 static const int as_hash_shift = 6;
264 #define AS_HASH_BLOCK(sec)      ((sec) >> 3)
265 #define AS_HASH_FN(sec)         (hash_long(AS_HASH_BLOCK((sec)), as_hash_shift))
266 #define AS_HASH_ENTRIES         (1 << as_hash_shift)
267 #define rq_hash_key(rq)         ((rq)->sector + (rq)->nr_sectors)
268 #define list_entry_hash(ptr)    list_entry((ptr), struct as_rq, hash)
269
270 static inline void __as_del_arq_hash(struct as_rq *arq)
271 {
272         arq->on_hash = 0;
273         list_del_init(&arq->hash);
274 }
275
276 static inline void as_del_arq_hash(struct as_rq *arq)
277 {
278         if (arq->on_hash)
279                 __as_del_arq_hash(arq);
280 }
281
282 static void as_add_arq_hash(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
283 {
284         struct request *rq = arq->request;
285
286         BUG_ON(arq->on_hash);
287
288         arq->on_hash = 1;
289         list_add(&arq->hash, &ad->hash[AS_HASH_FN(rq_hash_key(rq))]);
290 }
291
292 /*
293  * move hot entry to front of chain
294  */
295 static inline void as_hot_arq_hash(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
296 {
297         struct request *rq = arq->request;
298         struct list_head *head = &ad->hash[AS_HASH_FN(rq_hash_key(rq))];
299
300         if (!arq->on_hash) {
301                 WARN_ON(1);
302                 return;
303         }
304
305         if (arq->hash.prev != head) {
306                 list_del(&arq->hash);
307                 list_add(&arq->hash, head);
308         }
309 }
310
311 static struct request *as_find_arq_hash(struct as_data *ad, sector_t offset)
312 {
313         struct list_head *hash_list = &ad->hash[AS_HASH_FN(offset)];
314         struct list_head *entry, *next = hash_list->next;
315
316         while ((entry = next) != hash_list) {
317                 struct as_rq *arq = list_entry_hash(entry);
318                 struct request *__rq = arq->request;
319
320                 next = entry->next;
321
322                 BUG_ON(!arq->on_hash);
323
324                 if (!rq_mergeable(__rq)) {
325                         as_del_arq_hash(arq);
326                         continue;
327                 }
328
329                 if (rq_hash_key(__rq) == offset)
330                         return __rq;
331         }
332
333         return NULL;
334 }
335
336 /*
337  * rb tree support functions
338  */
339 #define RB_NONE         (2)
340 #define RB_EMPTY(root)  ((root)->rb_node == NULL)
341 #define ON_RB(node)     ((node)->rb_color != RB_NONE)
342 #define RB_CLEAR(node)  ((node)->rb_color = RB_NONE)
343 #define rb_entry_arq(node)      rb_entry((node), struct as_rq, rb_node)
344 #define ARQ_RB_ROOT(ad, arq)    (&(ad)->sort_list[(arq)->is_sync])
345 #define rq_rb_key(rq)           (rq)->sector
346
347 /*
348  * as_find_first_arq finds the first (lowest sector numbered) request
349  * for the specified data_dir. Used to sweep back to the start of the disk
350  * (1-way elevator) after we process the last (highest sector) request.
351  */
352 static struct as_rq *as_find_first_arq(struct as_data *ad, int data_dir)
353 {
354         struct rb_node *n = ad->sort_list[data_dir].rb_node;
355
356         if (n == NULL)
357                 return NULL;
358
359         for (;;) {
360                 if (n->rb_left == NULL)
361                         return rb_entry_arq(n);
362
363                 n = n->rb_left;
364         }
365 }
366
367 /*
368  * Add the request to the rb tree if it is unique.  If there is an alias (an
369  * existing request against the same sector), which can happen when using
370  * direct IO, then return the alias.
371  */
372 static struct as_rq *as_add_arq_rb(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
373 {
374         struct rb_node **p = &ARQ_RB_ROOT(ad, arq)->rb_node;
375         struct rb_node *parent = NULL;
376         struct as_rq *__arq;
377         struct request *rq = arq->request;
378
379         arq->rb_key = rq_rb_key(rq);
380
381         while (*p) {
382                 parent = *p;
383                 __arq = rb_entry_arq(parent);
384
385                 if (arq->rb_key < __arq->rb_key)
386                         p = &(*p)->rb_left;
387                 else if (arq->rb_key > __arq->rb_key)
388                         p = &(*p)->rb_right;
389                 else
390                         return __arq;
391         }
392
393         rb_link_node(&arq->rb_node, parent, p);
394         rb_insert_color(&arq->rb_node, ARQ_RB_ROOT(ad, arq));
395
396         return NULL;
397 }
398
399 static inline void as_del_arq_rb(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
400 {
401         if (!ON_RB(&arq->rb_node)) {
402                 WARN_ON(1);
403                 return;
404         }
405
406         rb_erase(&arq->rb_node, ARQ_RB_ROOT(ad, arq));
407         RB_CLEAR(&arq->rb_node);
408 }
409
410 static struct request *
411 as_find_arq_rb(struct as_data *ad, sector_t sector, int data_dir)
412 {
413         struct rb_node *n = ad->sort_list[data_dir].rb_node;
414         struct as_rq *arq;
415
416         while (n) {
417                 arq = rb_entry_arq(n);
418
419                 if (sector < arq->rb_key)
420                         n = n->rb_left;
421                 else if (sector > arq->rb_key)
422                         n = n->rb_right;
423                 else
424                         return arq->request;
425         }
426
427         return NULL;
428 }
429
430 /*
431  * IO Scheduler proper
432  */
433
434 #define MAXBACK (1024 * 1024)   /*
435                                  * Maximum distance the disk will go backward
436                                  * for a request.
437                                  */
438
439 #define BACK_PENALTY    2
440
441 /*
442  * as_choose_req selects the preferred one of two requests of the same data_dir
443  * ignoring time - eg. timeouts, which is the job of as_dispatch_request
444  */
445 static struct as_rq *
446 as_choose_req(struct as_data *ad, struct as_rq *arq1, struct as_rq *arq2)
447 {
448         int data_dir;
449         sector_t last, s1, s2, d1, d2;
450         int r1_wrap=0, r2_wrap=0;       /* requests are behind the disk head */
451         const sector_t maxback = MAXBACK;
452
453         if (arq1 == NULL || arq1 == arq2)
454                 return arq2;
455         if (arq2 == NULL)
456                 return arq1;
457
458         data_dir = arq1->is_sync;
459
460         last = ad->last_sector[data_dir];
461         s1 = arq1->request->sector;
462         s2 = arq2->request->sector;
463
464         BUG_ON(data_dir != arq2->is_sync);
465
466         /*
467          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
468          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
469          * similar forward seek.
470          */
471         if (s1 >= last)
472                 d1 = s1 - last;
473         else if (s1+maxback >= last)
474                 d1 = (last - s1)*BACK_PENALTY;
475         else {
476                 r1_wrap = 1;
477                 d1 = 0; /* shut up, gcc */
478         }
479
480         if (s2 >= last)
481                 d2 = s2 - last;
482         else if (s2+maxback >= last)
483                 d2 = (last - s2)*BACK_PENALTY;
484         else {
485                 r2_wrap = 1;
486                 d2 = 0;
487         }
488
489         /* Found required data */
490         if (!r1_wrap && r2_wrap)
491                 return arq1;
492         else if (!r2_wrap && r1_wrap)
493                 return arq2;
494         else if (r1_wrap && r2_wrap) {
495                 /* both behind the head */
496                 if (s1 <= s2)
497                         return arq1;
498                 else
499                         return arq2;
500         }
501
502         /* Both requests in front of the head */
503         if (d1 < d2)
504                 return arq1;
505         else if (d2 < d1)
506                 return arq2;
507         else {
508                 if (s1 >= s2)
509                         return arq1;
510                 else
511                         return arq2;
512         }
513 }
514
515 /*
516  * as_find_next_arq finds the next request after @prev in elevator order.
517  * this with as_choose_req form the basis for how the scheduler chooses
518  * what request to process next. Anticipation works on top of this.
519  */
520 static struct as_rq *as_find_next_arq(struct as_data *ad, struct as_rq *last)
521 {
522         const int data_dir = last->is_sync;
523         struct as_rq *ret;
524         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
525         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
526         struct as_rq *arq_next, *arq_prev;
527
528         BUG_ON(!ON_RB(&last->rb_node));
529
530         if (rbprev)
531                 arq_prev = rb_entry_arq(rbprev);
532         else
533                 arq_prev = NULL;
534
535         if (rbnext)
536                 arq_next = rb_entry_arq(rbnext);
537         else {
538                 arq_next = as_find_first_arq(ad, data_dir);
539                 if (arq_next == last)
540                         arq_next = NULL;
541         }
542
543         ret = as_choose_req(ad, arq_next, arq_prev);
544
545         return ret;
546 }
547
548 /*
549  * anticipatory scheduling functions follow
550  */
551
552 /*
553  * as_antic_expired tells us when we have anticipated too long.
554  * The funny "absolute difference" math on the elapsed time is to handle
555  * jiffy wraps, and disks which have been idle for 0x80000000 jiffies.
556  */
557 static int as_antic_expired(struct as_data *ad)
558 {
559         long delta_jif;
560
561         delta_jif = jiffies - ad->antic_start;
562         if (unlikely(delta_jif < 0))
563                 delta_jif = -delta_jif;
564         if (delta_jif < ad->antic_expire)
565                 return 0;
566
567         return 1;
568 }
569
570 /*
571  * as_antic_waitnext starts anticipating that a nice request will soon be
572  * submitted. See also as_antic_waitreq
573  */
574 static void as_antic_waitnext(struct as_data *ad)
575 {
576         unsigned long timeout;
577
578         BUG_ON(ad->antic_status != ANTIC_OFF
579                         && ad->antic_status != ANTIC_WAIT_REQ);
580
581         timeout = ad->antic_start + ad->antic_expire;
582
583         mod_timer(&ad->antic_timer, timeout);
584
585         ad->antic_status = ANTIC_WAIT_NEXT;
586 }
587
588 /*
589  * as_antic_waitreq starts anticipating. We don't start timing the anticipation
590  * until the request that we're anticipating on has finished. This means we
591  * are timing from when the candidate process wakes up hopefully.
592  */
593 static void as_antic_waitreq(struct as_data *ad)
594 {
595         BUG_ON(ad->antic_status == ANTIC_FINISHED);
596         if (ad->antic_status == ANTIC_OFF) {
597                 if (!ad->io_context || ad->ioc_finished)
598                         as_antic_waitnext(ad);
599                 else
600                         ad->antic_status = ANTIC_WAIT_REQ;
601         }
602 }
603
604 /*
605  * This is called directly by the functions in this file to stop anticipation.
606  * We kill the timer and schedule a call to the request_fn asap.
607  */
608 static void as_antic_stop(struct as_data *ad)
609 {
610         int status = ad->antic_status;
611
612         if (status == ANTIC_WAIT_REQ || status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
613                 if (status == ANTIC_WAIT_NEXT)
614                         del_timer(&ad->antic_timer);
615                 ad->antic_status = ANTIC_FINISHED;
616                 /* see as_work_handler */
617                 kblockd_schedule_work(&ad->antic_work);
618         }
619 }
620
621 /*
622  * as_antic_timeout is the timer function set by as_antic_waitnext.
623  */
624 static void as_antic_timeout(unsigned long data)
625 {
626         struct request_queue *q = (struct request_queue *)data;
627         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
628         unsigned long flags;
629
630         spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
631         if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
632                         || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
633                 struct as_io_context *aic = ad->io_context->aic;
634
635                 ad->antic_status = ANTIC_FINISHED;
636                 kblockd_schedule_work(&ad->antic_work);
637
638                 if (aic->ttime_samples == 0) {
639                         /* process anticipated on has exitted or timed out*/
640                         ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob + 256)/8;
641                 }
642         }
643         spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
644 }
645
646 /*
647  * as_close_req decides if one request is considered "close" to the
648  * previous one issued.
649  */
650 static int as_close_req(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
651 {
652         unsigned long delay;    /* milliseconds */
653         sector_t last = ad->last_sector[ad->batch_data_dir];
654         sector_t next = arq->request->sector;
655         sector_t delta; /* acceptable close offset (in sectors) */
656
657         if (ad->antic_status == ANTIC_OFF || !ad->ioc_finished)
658                 delay = 0;
659         else
660                 delay = ((jiffies - ad->antic_start) * 1000) / HZ;
661
662         if (delay <= 1)
663                 delta = 64;
664         else if (delay <= 20 && delay <= ad->antic_expire)
665                 delta = 64 << (delay-1);
666         else
667                 return 1;
668
669         return (last - (delta>>1) <= next) && (next <= last + delta);
670 }
671
672 /*
673  * as_can_break_anticipation returns true if we have been anticipating this
674  * request.
675  *
676  * It also returns true if the process against which we are anticipating
677  * submits a write - that's presumably an fsync, O_SYNC write, etc. We want to
678  * dispatch it ASAP, because we know that application will not be submitting
679  * any new reads.
680  *
681  * If the task which has submitted the request has exitted, break anticipation.
682  *
683  * If this task has queued some other IO, do not enter enticipation.
684  */
685 static int as_can_break_anticipation(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
686 {
687         struct io_context *ioc;
688         struct as_io_context *aic;
689         sector_t s;
690
691         ioc = ad->io_context;
692         BUG_ON(!ioc);
693
694         if (arq && ioc == arq->io_context) {
695                 /* request from same process */
696                 return 1;
697         }
698
699         if (ad->ioc_finished && as_antic_expired(ad)) {
700                 /*
701                  * In this situation status should really be FINISHED,
702                  * however the timer hasn't had the chance to run yet.
703                  */
704                 return 1;
705         }
706
707         aic = ioc->aic;
708         if (!aic)
709                 return 0;
710
711         if (!test_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state)) {
712                 /* process anticipated on has exitted */
713                 if (aic->ttime_samples == 0)
714                         ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob + 256)/8;
715                 return 1;
716         }
717
718         if (atomic_read(&aic->nr_queued) > 0) {
719                 /* process has more requests queued */
720                 return 1;
721         }
722
723         if (atomic_read(&aic->nr_dispatched) > 0) {
724                 /* process has more requests dispatched */
725                 return 1;
726         }
727
728         if (arq && arq->is_sync == REQ_SYNC && as_close_req(ad, arq)) {
729                 /*
730                  * Found a close request that is not one of ours.
731                  *
732                  * This makes close requests from another process reset
733                  * our thinktime delay. Is generally useful when there are
734                  * two or more cooperating processes working in the same
735                  * area.
736                  */
737                 spin_lock(&aic->lock);
738                 aic->last_end_request = jiffies;
739                 spin_unlock(&aic->lock);
740                 return 1;
741         }
742
743
744         if (aic->ttime_samples == 0) {
745                 if (ad->new_ttime_mean > ad->antic_expire)
746                         return 1;
747                 if (ad->exit_prob > 128)
748                         return 1;
749         } else if (aic->ttime_mean > ad->antic_expire) {
750                 /* the process thinks too much between requests */
751                 return 1;
752         }
753
754         if (!arq)
755                 return 0;
756
757         if (ad->last_sector[REQ_SYNC] < arq->request->sector)
758                 s = arq->request->sector - ad->last_sector[REQ_SYNC];
759         else
760                 s = ad->last_sector[REQ_SYNC] - arq->request->sector;
761
762         if (aic->seek_samples == 0) {
763                 /*
764                  * Process has just started IO. Use past statistics to
765                  * guage success possibility
766                  */
767                 if (ad->new_seek_mean > s) {
768                         /* this request is better than what we're expecting */
769                         return 1;
770                 }
771
772         } else {
773                 if (aic->seek_mean > s) {
774                         /* this request is better than what we're expecting */
775                         return 1;
776                 }
777         }
778
779         return 0;
780 }
781
782 /*
783  * as_can_anticipate indicates weather we should either run arq
784  * or keep anticipating a better request.
785  */
786 static int as_can_anticipate(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
787 {
788         if (!ad->io_context)
789                 /*
790                  * Last request submitted was a write
791                  */
792                 return 0;
793
794         if (ad->antic_status == ANTIC_FINISHED)
795                 /*
796                  * Don't restart if we have just finished. Run the next request
797                  */
798                 return 0;
799
800         if (as_can_break_anticipation(ad, arq))
801                 /*
802                  * This request is a good candidate. Don't keep anticipating,
803                  * run it.
804                  */
805                 return 0;
806
807         /*
808          * OK from here, we haven't finished, and don't have a decent request!
809          * Status is either ANTIC_OFF so start waiting,
810          * ANTIC_WAIT_REQ so continue waiting for request to finish
811          * or ANTIC_WAIT_NEXT so continue waiting for an acceptable request.
812          *
813          */
814
815         return 1;
816 }
817
818 static void as_update_thinktime(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic, unsigned long ttime)
819 {
820         /* fixed point: 1.0 == 1<<8 */
821         if (aic->ttime_samples == 0) {
822                 ad->new_ttime_total = (7*ad->new_ttime_total + 256*ttime) / 8;
823                 ad->new_ttime_mean = ad->new_ttime_total / 256;
824
825                 ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob)/8;
826         }
827         aic->ttime_samples = (7*aic->ttime_samples + 256) / 8;
828         aic->ttime_total = (7*aic->ttime_total + 256*ttime) / 8;
829         aic->ttime_mean = (aic->ttime_total + 128) / aic->ttime_samples;
830 }
831
832 static void as_update_seekdist(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic, sector_t sdist)
833 {
834         u64 total;
835
836         if (aic->seek_samples == 0) {
837                 ad->new_seek_total = (7*ad->new_seek_total + 256*(u64)sdist)/8;
838                 ad->new_seek_mean = ad->new_seek_total / 256;
839         }
840
841         /*
842          * Don't allow the seek distance to get too large from the
843          * odd fragment, pagein, etc
844          */
845         if (aic->seek_samples <= 60) /* second&third seek */
846                 sdist = min(sdist, (aic->seek_mean * 4) + 2*1024*1024);
847         else
848                 sdist = min(sdist, (aic->seek_mean * 4) + 2*1024*64);
849
850         aic->seek_samples = (7*aic->seek_samples + 256) / 8;
851         aic->seek_total = (7*aic->seek_total + (u64)256*sdist) / 8;
852         total = aic->seek_total + (aic->seek_samples/2);
853         do_div(total, aic->seek_samples);
854         aic->seek_mean = (sector_t)total;
855 }
856
857 /*
858  * as_update_iohist keeps a decaying histogram of IO thinktimes, and
859  * updates @aic->ttime_mean based on that. It is called when a new
860  * request is queued.
861  */
862 static void as_update_iohist(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic, struct request *rq)
863 {
864         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
865         int data_dir = arq->is_sync;
866         unsigned long thinktime;
867         sector_t seek_dist;
868
869         if (aic == NULL)
870                 return;
871
872         if (data_dir == REQ_SYNC) {
873                 unsigned long in_flight = atomic_read(&aic->nr_queued)
874                                         + atomic_read(&aic->nr_dispatched);
875                 spin_lock(&aic->lock);
876                 if (test_bit(AS_TASK_IORUNNING, &aic->state) ||
877                         test_bit(AS_TASK_IOSTARTED, &aic->state)) {
878                         /* Calculate read -> read thinktime */
879                         if (test_bit(AS_TASK_IORUNNING, &aic->state)
880                                                         && in_flight == 0) {
881                                 thinktime = jiffies - aic->last_end_request;
882                                 thinktime = min(thinktime, MAX_THINKTIME-1);
883                         } else
884                                 thinktime = 0;
885                         as_update_thinktime(ad, aic, thinktime);
886
887                         /* Calculate read -> read seek distance */
888                         if (aic->last_request_pos < rq->sector)
889                                 seek_dist = rq->sector - aic->last_request_pos;
890                         else
891                                 seek_dist = aic->last_request_pos - rq->sector;
892                         as_update_seekdist(ad, aic, seek_dist);
893                 }
894                 aic->last_request_pos = rq->sector + rq->nr_sectors;
895                 set_bit(AS_TASK_IOSTARTED, &aic->state);
896                 spin_unlock(&aic->lock);
897         }
898 }
899
900 /*
901  * as_update_arq must be called whenever a request (arq) is added to
902  * the sort_list. This function keeps caches up to date, and checks if the
903  * request might be one we are "anticipating"
904  */
905 static void as_update_arq(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
906 {
907         const int data_dir = arq->is_sync;
908
909         /* keep the next_arq cache up to date */
910         ad->next_arq[data_dir] = as_choose_req(ad, arq, ad->next_arq[data_dir]);
911
912         /*
913          * have we been anticipating this request?
914          * or does it come from the same process as the one we are anticipating
915          * for?
916          */
917         if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
918                         || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
919                 if (as_can_break_anticipation(ad, arq))
920                         as_antic_stop(ad);
921         }
922 }
923
924 /*
925  * Gathers timings and resizes the write batch automatically
926  */
927 static void update_write_batch(struct as_data *ad)
928 {
929         unsigned long batch = ad->batch_expire[REQ_ASYNC];
930         long write_time;
931
932         write_time = (jiffies - ad->current_batch_expires) + batch;
933         if (write_time < 0)
934                 write_time = 0;
935
936         if (write_time > batch && !ad->write_batch_idled) {
937                 if (write_time > batch * 3)
938                         ad->write_batch_count /= 2;
939                 else
940                         ad->write_batch_count--;
941         } else if (write_time < batch && ad->current_write_count == 0) {
942                 if (batch > write_time * 3)
943                         ad->write_batch_count *= 2;
944                 else
945                         ad->write_batch_count++;
946         }
947
948         if (ad->write_batch_count < 1)
949                 ad->write_batch_count = 1;
950 }
951
952 /*
953  * as_completed_request is to be called when a request has completed and
954  * returned something to the requesting process, be it an error or data.
955  */
956 static void as_completed_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
957 {
958         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
959         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
960
961         WARN_ON(!list_empty(&rq->queuelist));
962
963         if (arq->state != AS_RQ_REMOVED) {
964                 printk("arq->state %d\n", arq->state);
965                 WARN_ON(1);
966                 goto out;
967         }
968
969         if (ad->changed_batch && ad->nr_dispatched == 1) {
970                 kblockd_schedule_work(&ad->antic_work);
971                 ad->changed_batch = 0;
972
973                 if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC)
974                         ad->new_batch = 1;
975         }
976         WARN_ON(ad->nr_dispatched == 0);
977         ad->nr_dispatched--;
978
979         /*
980          * Start counting the batch from when a request of that direction is
981          * actually serviced. This should help devices with big TCQ windows
982          * and writeback caches
983          */
984         if (ad->new_batch && ad->batch_data_dir == arq->is_sync) {
985                 update_write_batch(ad);
986                 ad->current_batch_expires = jiffies +
987                                 ad->batch_expire[REQ_SYNC];
988                 ad->new_batch = 0;
989         }
990
991         if (ad->io_context == arq->io_context && ad->io_context) {
992                 ad->antic_start = jiffies;
993                 ad->ioc_finished = 1;
994                 if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ) {
995                         /*
996                          * We were waiting on this request, now anticipate
997                          * the next one
998                          */
999                         as_antic_waitnext(ad);
1000                 }
1001         }
1002
1003         as_put_io_context(arq);
1004 out:
1005         arq->state = AS_RQ_POSTSCHED;
1006 }
1007
1008 /*
1009  * as_remove_queued_request removes a request from the pre dispatch queue
1010  * without updating refcounts. It is expected the caller will drop the
1011  * reference unless it replaces the request at somepart of the elevator
1012  * (ie. the dispatch queue)
1013  */
1014 static void as_remove_queued_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1015 {
1016         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1017         const int data_dir = arq->is_sync;
1018         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1019
1020         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1021
1022         if (arq->io_context && arq->io_context->aic) {
1023                 BUG_ON(!atomic_read(&arq->io_context->aic->nr_queued));
1024                 atomic_dec(&arq->io_context->aic->nr_queued);
1025         }
1026
1027         /*
1028          * Update the "next_arq" cache if we are about to remove its
1029          * entry
1030          */
1031         if (ad->next_arq[data_dir] == arq)
1032                 ad->next_arq[data_dir] = as_find_next_arq(ad, arq);
1033
1034         list_del_init(&arq->fifo);
1035         as_del_arq_hash(arq);
1036         as_del_arq_rb(ad, arq);
1037 }
1038
1039 /*
1040  * as_fifo_expired returns 0 if there are no expired reads on the fifo,
1041  * 1 otherwise.  It is ratelimited so that we only perform the check once per
1042  * `fifo_expire' interval.  Otherwise a large number of expired requests
1043  * would create a hopeless seekstorm.
1044  *
1045  * See as_antic_expired comment.
1046  */
1047 static int as_fifo_expired(struct as_data *ad, int adir)
1048 {
1049         struct as_rq *arq;
1050         long delta_jif;
1051
1052         delta_jif = jiffies - ad->last_check_fifo[adir];
1053         if (unlikely(delta_jif < 0))
1054                 delta_jif = -delta_jif;
1055         if (delta_jif < ad->fifo_expire[adir])
1056                 return 0;
1057
1058         ad->last_check_fifo[adir] = jiffies;
1059
1060         if (list_empty(&ad->fifo_list[adir]))
1061                 return 0;
1062
1063         arq = list_entry_fifo(ad->fifo_list[adir].next);
1064
1065         return time_after(jiffies, arq->expires);
1066 }
1067
1068 /*
1069  * as_batch_expired returns true if the current batch has expired. A batch
1070  * is a set of reads or a set of writes.
1071  */
1072 static inline int as_batch_expired(struct as_data *ad)
1073 {
1074         if (ad->changed_batch || ad->new_batch)
1075                 return 0;
1076
1077         if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC)
1078                 /* TODO! add a check so a complete fifo gets written? */
1079                 return time_after(jiffies, ad->current_batch_expires);
1080
1081         return time_after(jiffies, ad->current_batch_expires)
1082                 || ad->current_write_count == 0;
1083 }
1084
1085 /*
1086  * move an entry to dispatch queue
1087  */
1088 static void as_move_to_dispatch(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
1089 {
1090         struct request *rq = arq->request;
1091         const int data_dir = arq->is_sync;
1092
1093         BUG_ON(!ON_RB(&arq->rb_node));
1094
1095         as_antic_stop(ad);
1096         ad->antic_status = ANTIC_OFF;
1097
1098         /*
1099          * This has to be set in order to be correctly updated by
1100          * as_find_next_arq
1101          */
1102         ad->last_sector[data_dir] = rq->sector + rq->nr_sectors;
1103
1104         if (data_dir == REQ_SYNC) {
1105                 /* In case we have to anticipate after this */
1106                 copy_io_context(&ad->io_context, &arq->io_context);
1107         } else {
1108                 if (ad->io_context) {
1109                         put_io_context(ad->io_context);
1110                         ad->io_context = NULL;
1111                 }
1112
1113                 if (ad->current_write_count != 0)
1114                         ad->current_write_count--;
1115         }
1116         ad->ioc_finished = 0;
1117
1118         ad->next_arq[data_dir] = as_find_next_arq(ad, arq);
1119
1120         /*
1121          * take it off the sort and fifo list, add to dispatch queue
1122          */
1123         while (!list_empty(&rq->queuelist)) {
1124                 struct request *__rq = list_entry_rq(rq->queuelist.next);
1125                 struct as_rq *__arq = RQ_DATA(__rq);
1126
1127                 list_del(&__rq->queuelist);
1128
1129                 elv_dispatch_add_tail(ad->q, __rq);
1130
1131                 if (__arq->io_context && __arq->io_context->aic)
1132                         atomic_inc(&__arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1133
1134                 WARN_ON(__arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1135                 __arq->state = AS_RQ_DISPATCHED;
1136
1137                 ad->nr_dispatched++;
1138         }
1139
1140         as_remove_queued_request(ad->q, rq);
1141         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1142
1143         elv_dispatch_sort(ad->q, rq);
1144
1145         arq->state = AS_RQ_DISPATCHED;
1146         if (arq->io_context && arq->io_context->aic)
1147                 atomic_inc(&arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1148         ad->nr_dispatched++;
1149 }
1150
1151 /*
1152  * as_dispatch_request selects the best request according to
1153  * read/write expire, batch expire, etc, and moves it to the dispatch
1154  * queue. Returns 1 if a request was found, 0 otherwise.
1155  */
1156 static int as_dispatch_request(request_queue_t *q, int force)
1157 {
1158         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1159         struct as_rq *arq;
1160         const int reads = !list_empty(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]);
1161         const int writes = !list_empty(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC]);
1162
1163         if (unlikely(force)) {
1164                 /*
1165                  * Forced dispatch, accounting is useless.  Reset
1166                  * accounting states and dump fifo_lists.  Note that
1167                  * batch_data_dir is reset to REQ_SYNC to avoid
1168                  * screwing write batch accounting as write batch
1169                  * accounting occurs on W->R transition.
1170                  */
1171                 int dispatched = 0;
1172
1173                 ad->batch_data_dir = REQ_SYNC;
1174                 ad->changed_batch = 0;
1175                 ad->new_batch = 0;
1176
1177                 while (ad->next_arq[REQ_SYNC]) {
1178                         as_move_to_dispatch(ad, ad->next_arq[REQ_SYNC]);
1179                         dispatched++;
1180                 }
1181                 ad->last_check_fifo[REQ_SYNC] = jiffies;
1182
1183                 while (ad->next_arq[REQ_ASYNC]) {
1184                         as_move_to_dispatch(ad, ad->next_arq[REQ_ASYNC]);
1185                         dispatched++;
1186                 }
1187                 ad->last_check_fifo[REQ_ASYNC] = jiffies;
1188
1189                 return dispatched;
1190         }
1191
1192         /* Signal that the write batch was uncontended, so we can't time it */
1193         if (ad->batch_data_dir == REQ_ASYNC && !reads) {
1194                 if (ad->current_write_count == 0 || !writes)
1195                         ad->write_batch_idled = 1;
1196         }
1197
1198         if (!(reads || writes)
1199                 || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
1200                 || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT
1201                 || ad->changed_batch)
1202                 return 0;
1203
1204         if (!(reads && writes && as_batch_expired(ad)) ) {
1205                 /*
1206                  * batch is still running or no reads or no writes
1207                  */
1208                 arq = ad->next_arq[ad->batch_data_dir];
1209
1210                 if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC && ad->antic_expire) {
1211                         if (as_fifo_expired(ad, REQ_SYNC))
1212                                 goto fifo_expired;
1213
1214                         if (as_can_anticipate(ad, arq)) {
1215                                 as_antic_waitreq(ad);
1216                                 return 0;
1217                         }
1218                 }
1219
1220                 if (arq) {
1221                         /* we have a "next request" */
1222                         if (reads && !writes)
1223                                 ad->current_batch_expires =
1224                                         jiffies + ad->batch_expire[REQ_SYNC];
1225                         goto dispatch_request;
1226                 }
1227         }
1228
1229         /*
1230          * at this point we are not running a batch. select the appropriate
1231          * data direction (read / write)
1232          */
1233
1234         if (reads) {
1235                 BUG_ON(RB_EMPTY(&ad->sort_list[REQ_SYNC]));
1236
1237                 if (writes && ad->batch_data_dir == REQ_SYNC)
1238                         /*
1239                          * Last batch was a read, switch to writes
1240                          */
1241                         goto dispatch_writes;
1242
1243                 if (ad->batch_data_dir == REQ_ASYNC) {
1244                         WARN_ON(ad->new_batch);
1245                         ad->changed_batch = 1;
1246                 }
1247                 ad->batch_data_dir = REQ_SYNC;
1248                 arq = list_entry_fifo(ad->fifo_list[ad->batch_data_dir].next);
1249                 ad->last_check_fifo[ad->batch_data_dir] = jiffies;
1250                 goto dispatch_request;
1251         }
1252
1253         /*
1254          * the last batch was a read
1255          */
1256
1257         if (writes) {
1258 dispatch_writes:
1259                 BUG_ON(RB_EMPTY(&ad->sort_list[REQ_ASYNC]));
1260
1261                 if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC) {
1262                         ad->changed_batch = 1;
1263
1264                         /*
1265                          * new_batch might be 1 when the queue runs out of
1266                          * reads. A subsequent submission of a write might
1267                          * cause a change of batch before the read is finished.
1268                          */
1269                         ad->new_batch = 0;
1270                 }
1271                 ad->batch_data_dir = REQ_ASYNC;
1272                 ad->current_write_count = ad->write_batch_count;
1273                 ad->write_batch_idled = 0;
1274                 arq = ad->next_arq[ad->batch_data_dir];
1275                 goto dispatch_request;
1276         }
1277
1278         BUG();
1279         return 0;
1280
1281 dispatch_request:
1282         /*
1283          * If a request has expired, service it.
1284          */
1285
1286         if (as_fifo_expired(ad, ad->batch_data_dir)) {
1287 fifo_expired:
1288                 arq = list_entry_fifo(ad->fifo_list[ad->batch_data_dir].next);
1289                 BUG_ON(arq == NULL);
1290         }
1291
1292         if (ad->changed_batch) {
1293                 WARN_ON(ad->new_batch);
1294
1295                 if (ad->nr_dispatched)
1296                         return 0;
1297
1298                 if (ad->batch_data_dir == REQ_ASYNC)
1299                         ad->current_batch_expires = jiffies +
1300                                         ad->batch_expire[REQ_ASYNC];
1301                 else
1302                         ad->new_batch = 1;
1303
1304                 ad->changed_batch = 0;
1305         }
1306
1307         /*
1308          * arq is the selected appropriate request.
1309          */
1310         as_move_to_dispatch(ad, arq);
1311
1312         return 1;
1313 }
1314
1315 /*
1316  * Add arq to a list behind alias
1317  */
1318 static inline void
1319 as_add_aliased_request(struct as_data *ad, struct as_rq *arq, struct as_rq *alias)
1320 {
1321         struct request  *req = arq->request;
1322         struct list_head *insert = alias->request->queuelist.prev;
1323
1324         /*
1325          * Transfer list of aliases
1326          */
1327         while (!list_empty(&req->queuelist)) {
1328                 struct request *__rq = list_entry_rq(req->queuelist.next);
1329                 struct as_rq *__arq = RQ_DATA(__rq);
1330
1331                 list_move_tail(&__rq->queuelist, &alias->request->queuelist);
1332
1333                 WARN_ON(__arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1334         }
1335
1336         /*
1337          * Another request with the same start sector on the rbtree.
1338          * Link this request to that sector. They are untangled in
1339          * as_move_to_dispatch
1340          */
1341         list_add(&arq->request->queuelist, insert);
1342
1343         /*
1344          * Don't want to have to handle merges.
1345          */
1346         as_del_arq_hash(arq);
1347         arq->request->flags |= REQ_NOMERGE;
1348 }
1349
1350 /*
1351  * add arq to rbtree and fifo
1352  */
1353 static void as_add_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1354 {
1355         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1356         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1357         struct as_rq *alias;
1358         int data_dir;
1359
1360         if (arq->state != AS_RQ_PRESCHED) {
1361                 printk("arq->state: %d\n", arq->state);
1362                 WARN_ON(1);
1363         }
1364         arq->state = AS_RQ_NEW;
1365
1366         if (rq_data_dir(arq->request) == READ
1367                         || current->flags&PF_SYNCWRITE)
1368                 arq->is_sync = 1;
1369         else
1370                 arq->is_sync = 0;
1371         data_dir = arq->is_sync;
1372
1373         arq->io_context = as_get_io_context();
1374
1375         if (arq->io_context) {
1376                 as_update_iohist(ad, arq->io_context->aic, arq->request);
1377                 atomic_inc(&arq->io_context->aic->nr_queued);
1378         }
1379
1380         alias = as_add_arq_rb(ad, arq);
1381         if (!alias) {
1382                 /*
1383                  * set expire time (only used for reads) and add to fifo list
1384                  */
1385                 arq->expires = jiffies + ad->fifo_expire[data_dir];
1386                 list_add_tail(&arq->fifo, &ad->fifo_list[data_dir]);
1387
1388                 if (rq_mergeable(arq->request))
1389                         as_add_arq_hash(ad, arq);
1390                 as_update_arq(ad, arq); /* keep state machine up to date */
1391
1392         } else {
1393                 as_add_aliased_request(ad, arq, alias);
1394
1395                 /*
1396                  * have we been anticipating this request?
1397                  * or does it come from the same process as the one we are
1398                  * anticipating for?
1399                  */
1400                 if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
1401                                 || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
1402                         if (as_can_break_anticipation(ad, arq))
1403                                 as_antic_stop(ad);
1404                 }
1405         }
1406
1407         arq->state = AS_RQ_QUEUED;
1408 }
1409
1410 static void as_activate_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1411 {
1412         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1413
1414         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_DISPATCHED);
1415         arq->state = AS_RQ_REMOVED;
1416         if (arq->io_context && arq->io_context->aic)
1417                 atomic_dec(&arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1418 }
1419
1420 static void as_deactivate_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1421 {
1422         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1423
1424         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_REMOVED);
1425         arq->state = AS_RQ_DISPATCHED;
1426         if (arq->io_context && arq->io_context->aic)
1427                 atomic_inc(&arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1428 }
1429
1430 /*
1431  * as_queue_empty tells us if there are requests left in the device. It may
1432  * not be the case that a driver can get the next request even if the queue
1433  * is not empty - it is used in the block layer to check for plugging and
1434  * merging opportunities
1435  */
1436 static int as_queue_empty(request_queue_t *q)
1437 {
1438         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1439
1440         return list_empty(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC])
1441                 && list_empty(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]);
1442 }
1443
1444 static struct request *
1445 as_former_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1446 {
1447         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1448         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&arq->rb_node);
1449         struct request *ret = NULL;
1450
1451         if (rbprev)
1452                 ret = rb_entry_arq(rbprev)->request;
1453
1454         return ret;
1455 }
1456
1457 static struct request *
1458 as_latter_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1459 {
1460         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1461         struct rb_node *rbnext = rb_next(&arq->rb_node);
1462         struct request *ret = NULL;
1463
1464         if (rbnext)
1465                 ret = rb_entry_arq(rbnext)->request;
1466
1467         return ret;
1468 }
1469
1470 static int
1471 as_merge(request_queue_t *q, struct request **req, struct bio *bio)
1472 {
1473         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1474         sector_t rb_key = bio->bi_sector + bio_sectors(bio);
1475         struct request *__rq;
1476         int ret;
1477
1478         /*
1479          * see if the merge hash can satisfy a back merge
1480          */
1481         __rq = as_find_arq_hash(ad, bio->bi_sector);
1482         if (__rq) {
1483                 BUG_ON(__rq->sector + __rq->nr_sectors != bio->bi_sector);
1484
1485                 if (elv_rq_merge_ok(__rq, bio)) {
1486                         ret = ELEVATOR_BACK_MERGE;
1487                         goto out;
1488                 }
1489         }
1490
1491         /*
1492          * check for front merge
1493          */
1494         __rq = as_find_arq_rb(ad, rb_key, bio_data_dir(bio));
1495         if (__rq) {
1496                 BUG_ON(rb_key != rq_rb_key(__rq));
1497
1498                 if (elv_rq_merge_ok(__rq, bio)) {
1499                         ret = ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1500                         goto out;
1501                 }
1502         }
1503
1504         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1505 out:
1506         if (ret) {
1507                 if (rq_mergeable(__rq))
1508                         as_hot_arq_hash(ad, RQ_DATA(__rq));
1509         }
1510         *req = __rq;
1511         return ret;
1512 }
1513
1514 static void as_merged_request(request_queue_t *q, struct request *req)
1515 {
1516         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1517         struct as_rq *arq = RQ_DATA(req);
1518
1519         /*
1520          * hash always needs to be repositioned, key is end sector
1521          */
1522         as_del_arq_hash(arq);
1523         as_add_arq_hash(ad, arq);
1524
1525         /*
1526          * if the merge was a front merge, we need to reposition request
1527          */
1528         if (rq_rb_key(req) != arq->rb_key) {
1529                 struct as_rq *alias, *next_arq = NULL;
1530
1531                 if (ad->next_arq[arq->is_sync] == arq)
1532                         next_arq = as_find_next_arq(ad, arq);
1533
1534                 /*
1535                  * Note! We should really be moving any old aliased requests
1536                  * off this request and try to insert them into the rbtree. We
1537                  * currently don't bother. Ditto the next function.
1538                  */
1539                 as_del_arq_rb(ad, arq);
1540                 if ((alias = as_add_arq_rb(ad, arq)) ) {
1541                         list_del_init(&arq->fifo);
1542                         as_add_aliased_request(ad, arq, alias);
1543                         if (next_arq)
1544                                 ad->next_arq[arq->is_sync] = next_arq;
1545                 }
1546                 /*
1547                  * Note! At this stage of this and the next function, our next
1548                  * request may not be optimal - eg the request may have "grown"
1549                  * behind the disk head. We currently don't bother adjusting.
1550                  */
1551         }
1552 }
1553
1554 static void
1555 as_merged_requests(request_queue_t *q, struct request *req,
1556                          struct request *next)
1557 {
1558         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1559         struct as_rq *arq = RQ_DATA(req);
1560         struct as_rq *anext = RQ_DATA(next);
1561
1562         BUG_ON(!arq);
1563         BUG_ON(!anext);
1564
1565         /*
1566          * reposition arq (this is the merged request) in hash, and in rbtree
1567          * in case of a front merge
1568          */
1569         as_del_arq_hash(arq);
1570         as_add_arq_hash(ad, arq);
1571
1572         if (rq_rb_key(req) != arq->rb_key) {
1573                 struct as_rq *alias, *next_arq = NULL;
1574
1575                 if (ad->next_arq[arq->is_sync] == arq)
1576                         next_arq = as_find_next_arq(ad, arq);
1577
1578                 as_del_arq_rb(ad, arq);
1579                 if ((alias = as_add_arq_rb(ad, arq)) ) {
1580                         list_del_init(&arq->fifo);
1581                         as_add_aliased_request(ad, arq, alias);
1582                         if (next_arq)
1583                                 ad->next_arq[arq->is_sync] = next_arq;
1584                 }
1585         }
1586
1587         /*
1588          * if anext expires before arq, assign its expire time to arq
1589          * and move into anext position (anext will be deleted) in fifo
1590          */
1591         if (!list_empty(&arq->fifo) && !list_empty(&anext->fifo)) {
1592                 if (time_before(anext->expires, arq->expires)) {
1593                         list_move(&arq->fifo, &anext->fifo);
1594                         arq->expires = anext->expires;
1595                         /*
1596                          * Don't copy here but swap, because when anext is
1597                          * removed below, it must contain the unused context
1598                          */
1599                         swap_io_context(&arq->io_context, &anext->io_context);
1600                 }
1601         }
1602
1603         /*
1604          * Transfer list of aliases
1605          */
1606         while (!list_empty(&next->queuelist)) {
1607                 struct request *__rq = list_entry_rq(next->queuelist.next);
1608                 struct as_rq *__arq = RQ_DATA(__rq);
1609
1610                 list_move_tail(&__rq->queuelist, &req->queuelist);
1611
1612                 WARN_ON(__arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1613         }
1614
1615         /*
1616          * kill knowledge of next, this one is a goner
1617          */
1618         as_remove_queued_request(q, next);
1619         as_put_io_context(anext);
1620
1621         anext->state = AS_RQ_MERGED;
1622 }
1623
1624 /*
1625  * This is executed in a "deferred" process context, by kblockd. It calls the
1626  * driver's request_fn so the driver can submit that request.
1627  *
1628  * IMPORTANT! This guy will reenter the elevator, so set up all queue global
1629  * state before calling, and don't rely on any state over calls.
1630  *
1631  * FIXME! dispatch queue is not a queue at all!
1632  */
1633 static void as_work_handler(void *data)
1634 {
1635         struct request_queue *q = data;
1636         unsigned long flags;
1637
1638         spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
1639         if (!as_queue_empty(q))
1640                 q->request_fn(q);
1641         spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
1642 }
1643
1644 static void as_put_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1645 {
1646         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1647         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1648
1649         if (!arq) {
1650                 WARN_ON(1);
1651                 return;
1652         }
1653
1654         if (unlikely(arq->state != AS_RQ_POSTSCHED &&
1655                      arq->state != AS_RQ_PRESCHED &&
1656                      arq->state != AS_RQ_MERGED)) {
1657                 printk("arq->state %d\n", arq->state);
1658                 WARN_ON(1);
1659         }
1660
1661         mempool_free(arq, ad->arq_pool);
1662         rq->elevator_private = NULL;
1663 }
1664
1665 static int as_set_request(request_queue_t *q, struct request *rq,
1666                           struct bio *bio, gfp_t gfp_mask)
1667 {
1668         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1669         struct as_rq *arq = mempool_alloc(ad->arq_pool, gfp_mask);
1670
1671         if (arq) {
1672                 memset(arq, 0, sizeof(*arq));
1673                 RB_CLEAR(&arq->rb_node);
1674                 arq->request = rq;
1675                 arq->state = AS_RQ_PRESCHED;
1676                 arq->io_context = NULL;
1677                 INIT_LIST_HEAD(&arq->hash);
1678                 arq->on_hash = 0;
1679                 INIT_LIST_HEAD(&arq->fifo);
1680                 rq->elevator_private = arq;
1681                 return 0;
1682         }
1683
1684         return 1;
1685 }
1686
1687 static int as_may_queue(request_queue_t *q, int rw, struct bio *bio)
1688 {
1689         int ret = ELV_MQUEUE_MAY;
1690         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1691         struct io_context *ioc;
1692         if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ ||
1693                         ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
1694                 ioc = as_get_io_context();
1695                 if (ad->io_context == ioc)
1696                         ret = ELV_MQUEUE_MUST;
1697                 put_io_context(ioc);
1698         }
1699
1700         return ret;
1701 }
1702
1703 static void as_exit_queue(elevator_t *e)
1704 {
1705         struct as_data *ad = e->elevator_data;
1706
1707         del_timer_sync(&ad->antic_timer);
1708         kblockd_flush();
1709
1710         BUG_ON(!list_empty(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]));
1711         BUG_ON(!list_empty(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC]));
1712
1713         mempool_destroy(ad->arq_pool);
1714         put_io_context(ad->io_context);
1715         kfree(ad->hash);
1716         kfree(ad);
1717 }
1718
1719 /*
1720  * initialize elevator private data (as_data), and alloc a arq for
1721  * each request on the free lists
1722  */
1723 static int as_init_queue(request_queue_t *q, elevator_t *e)
1724 {
1725         struct as_data *ad;
1726         int i;
1727
1728         if (!arq_pool)
1729                 return -ENOMEM;
1730
1731         ad = kmalloc_node(sizeof(*ad), GFP_KERNEL, q->node);
1732         if (!ad)
1733                 return -ENOMEM;
1734         memset(ad, 0, sizeof(*ad));
1735
1736         ad->q = q; /* Identify what queue the data belongs to */
1737
1738         ad->hash = kmalloc_node(sizeof(struct list_head)*AS_HASH_ENTRIES,
1739                                 GFP_KERNEL, q->node);
1740         if (!ad->hash) {
1741                 kfree(ad);
1742                 return -ENOMEM;
1743         }
1744
1745         ad->arq_pool = mempool_create_node(BLKDEV_MIN_RQ, mempool_alloc_slab,
1746                                 mempool_free_slab, arq_pool, q->node);
1747         if (!ad->arq_pool) {
1748                 kfree(ad->hash);
1749                 kfree(ad);
1750                 return -ENOMEM;
1751         }
1752
1753         /* anticipatory scheduling helpers */
1754         ad->antic_timer.function = as_antic_timeout;
1755         ad->antic_timer.data = (unsigned long)q;
1756         init_timer(&ad->antic_timer);
1757         INIT_WORK(&ad->antic_work, as_work_handler, q);
1758
1759         for (i = 0; i < AS_HASH_ENTRIES; i++)
1760                 INIT_LIST_HEAD(&ad->hash[i]);
1761
1762         INIT_LIST_HEAD(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]);
1763         INIT_LIST_HEAD(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC]);
1764         ad->sort_list[REQ_SYNC] = RB_ROOT;
1765         ad->sort_list[REQ_ASYNC] = RB_ROOT;
1766         ad->fifo_expire[REQ_SYNC] = default_read_expire;
1767         ad->fifo_expire[REQ_ASYNC] = default_write_expire;
1768         ad->antic_expire = default_antic_expire;
1769         ad->batch_expire[REQ_SYNC] = default_read_batch_expire;
1770         ad->batch_expire[REQ_ASYNC] = default_write_batch_expire;
1771         e->elevator_data = ad;
1772
1773         ad->current_batch_expires = jiffies + ad->batch_expire[REQ_SYNC];
1774         ad->write_batch_count = ad->batch_expire[REQ_ASYNC] / 10;
1775         if (ad->write_batch_count < 2)
1776                 ad->write_batch_count = 2;
1777
1778         return 0;
1779 }
1780
1781 /*
1782  * sysfs parts below
1783  */
1784 struct as_fs_entry {
1785         struct attribute attr;
1786         ssize_t (*show)(struct as_data *, char *);
1787         ssize_t (*store)(struct as_data *, const char *, size_t);
1788 };
1789
1790 static ssize_t
1791 as_var_show(unsigned int var, char *page)
1792 {
1793         return sprintf(page, "%d\n", var);
1794 }
1795
1796 static ssize_t
1797 as_var_store(unsigned long *var, const char *page, size_t count)
1798 {
1799         char *p = (char *) page;
1800
1801         *var = simple_strtoul(p, &p, 10);
1802         return count;
1803 }
1804
1805 static ssize_t as_est_show(struct as_data *ad, char *page)
1806 {
1807         int pos = 0;
1808
1809         pos += sprintf(page+pos, "%lu %% exit probability\n", 100*ad->exit_prob/256);
1810         pos += sprintf(page+pos, "%lu ms new thinktime\n", ad->new_ttime_mean);
1811         pos += sprintf(page+pos, "%llu sectors new seek distance\n", (unsigned long long)ad->new_seek_mean);
1812
1813         return pos;
1814 }
1815
1816 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                            \
1817 static ssize_t __FUNC(struct as_data *ad, char *page)           \
1818 {                                                               \
1819         return as_var_show(jiffies_to_msecs((__VAR)), (page));  \
1820 }
1821 SHOW_FUNCTION(as_readexpire_show, ad->fifo_expire[REQ_SYNC]);
1822 SHOW_FUNCTION(as_writeexpire_show, ad->fifo_expire[REQ_ASYNC]);
1823 SHOW_FUNCTION(as_anticexpire_show, ad->antic_expire);
1824 SHOW_FUNCTION(as_read_batchexpire_show, ad->batch_expire[REQ_SYNC]);
1825 SHOW_FUNCTION(as_write_batchexpire_show, ad->batch_expire[REQ_ASYNC]);
1826 #undef SHOW_FUNCTION
1827
1828 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                         \
1829 static ssize_t __FUNC(struct as_data *ad, const char *page, size_t count)       \
1830 {                                                                       \
1831         int ret = as_var_store(__PTR, (page), count);           \
1832         if (*(__PTR) < (MIN))                                           \
1833                 *(__PTR) = (MIN);                                       \
1834         else if (*(__PTR) > (MAX))                                      \
1835                 *(__PTR) = (MAX);                                       \
1836         *(__PTR) = msecs_to_jiffies(*(__PTR));                          \
1837         return ret;                                                     \
1838 }
1839 STORE_FUNCTION(as_readexpire_store, &ad->fifo_expire[REQ_SYNC], 0, INT_MAX);
1840 STORE_FUNCTION(as_writeexpire_store, &ad->fifo_expire[REQ_ASYNC], 0, INT_MAX);
1841 STORE_FUNCTION(as_anticexpire_store, &ad->antic_expire, 0, INT_MAX);
1842 STORE_FUNCTION(as_read_batchexpire_store,
1843                         &ad->batch_expire[REQ_SYNC], 0, INT_MAX);
1844 STORE_FUNCTION(as_write_batchexpire_store,
1845                         &ad->batch_expire[REQ_ASYNC], 0, INT_MAX);
1846 #undef STORE_FUNCTION
1847
1848 static struct as_fs_entry as_est_entry = {
1849         .attr = {.name = "est_time", .mode = S_IRUGO },
1850         .show = as_est_show,
1851 };
1852 static struct as_fs_entry as_readexpire_entry = {
1853         .attr = {.name = "read_expire", .mode = S_IRUGO | S_IWUSR },
1854         .show = as_readexpire_show,
1855         .store = as_readexpire_store,
1856 };
1857 static struct as_fs_entry as_writeexpire_entry = {
1858         .attr = {.name = "write_expire", .mode = S_IRUGO | S_IWUSR },
1859         .show = as_writeexpire_show,
1860         .store = as_writeexpire_store,
1861 };
1862 static struct as_fs_entry as_anticexpire_entry = {
1863         .attr = {.name = "antic_expire", .mode = S_IRUGO | S_IWUSR },
1864         .show = as_anticexpire_show,
1865         .store = as_anticexpire_store,
1866 };
1867 static struct as_fs_entry as_read_batchexpire_entry = {
1868         .attr = {.name = "read_batch_expire", .mode = S_IRUGO | S_IWUSR },
1869         .show = as_read_batchexpire_show,
1870         .store = as_read_batchexpire_store,
1871 };
1872 static struct as_fs_entry as_write_batchexpire_entry = {
1873         .attr = {.name = "write_batch_expire", .mode = S_IRUGO | S_IWUSR },
1874         .show = as_write_batchexpire_show,
1875         .store = as_write_batchexpire_store,
1876 };
1877
1878 static struct attribute *default_attrs[] = {
1879         &as_est_entry.attr,
1880         &as_readexpire_entry.attr,
1881         &as_writeexpire_entry.attr,
1882         &as_anticexpire_entry.attr,
1883         &as_read_batchexpire_entry.attr,
1884         &as_write_batchexpire_entry.attr,
1885         NULL,
1886 };
1887
1888 #define to_as(atr) container_of((atr), struct as_fs_entry, attr)
1889
1890 static ssize_t
1891 as_attr_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *page)
1892 {
1893         elevator_t *e = container_of(kobj, elevator_t, kobj);
1894         struct as_fs_entry *entry = to_as(attr);
1895
1896         if (!entry->show)
1897                 return -EIO;
1898
1899         return entry->show(e->elevator_data, page);
1900 }
1901
1902 static ssize_t
1903 as_attr_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr,
1904                     const char *page, size_t length)
1905 {
1906         elevator_t *e = container_of(kobj, elevator_t, kobj);
1907         struct as_fs_entry *entry = to_as(attr);
1908
1909         if (!entry->store)
1910                 return -EIO;
1911
1912         return entry->store(e->elevator_data, page, length);
1913 }
1914
1915 static struct sysfs_ops as_sysfs_ops = {
1916         .show   = as_attr_show,
1917         .store  = as_attr_store,
1918 };
1919
1920 static struct kobj_type as_ktype = {
1921         .sysfs_ops      = &as_sysfs_ops,
1922         .default_attrs  = default_attrs,
1923 };
1924
1925 static struct elevator_type iosched_as = {
1926         .ops = {
1927                 .elevator_merge_fn =            as_merge,
1928                 .elevator_merged_fn =           as_merged_request,
1929                 .elevator_merge_req_fn =        as_merged_requests,
1930                 .elevator_dispatch_fn =         as_dispatch_request,
1931                 .elevator_add_req_fn =          as_add_request,
1932                 .elevator_activate_req_fn =     as_activate_request,
1933                 .elevator_deactivate_req_fn =   as_deactivate_request,
1934                 .elevator_queue_empty_fn =      as_queue_empty,
1935                 .elevator_completed_req_fn =    as_completed_request,
1936                 .elevator_former_req_fn =       as_former_request,
1937                 .elevator_latter_req_fn =       as_latter_request,
1938                 .elevator_set_req_fn =          as_set_request,
1939                 .elevator_put_req_fn =          as_put_request,
1940                 .elevator_may_queue_fn =        as_may_queue,
1941                 .elevator_init_fn =             as_init_queue,
1942                 .elevator_exit_fn =             as_exit_queue,
1943         },
1944
1945         .elevator_ktype = &as_ktype,
1946         .elevator_name = "anticipatory",
1947         .elevator_owner = THIS_MODULE,
1948 };
1949
1950 static int __init as_init(void)
1951 {
1952         int ret;
1953
1954         arq_pool = kmem_cache_create("as_arq", sizeof(struct as_rq),
1955                                      0, 0, NULL, NULL);
1956         if (!arq_pool)
1957                 return -ENOMEM;
1958
1959         ret = elv_register(&iosched_as);
1960         if (!ret) {
1961                 /*
1962                  * don't allow AS to get unregistered, since we would have
1963                  * to browse all tasks in the system and release their
1964                  * as_io_context first
1965                  */
1966                 __module_get(THIS_MODULE);
1967                 return 0;
1968         }
1969
1970         kmem_cache_destroy(arq_pool);
1971         return ret;
1972 }
1973
1974 static void __exit as_exit(void)
1975 {
1976         elv_unregister(&iosched_as);
1977         kmem_cache_destroy(arq_pool);
1978 }
1979
1980 module_init(as_init);
1981 module_exit(as_exit);
1982
1983 MODULE_AUTHOR("Nick Piggin");
1984 MODULE_LICENSE("GPL");
1985 MODULE_DESCRIPTION("anticipatory IO scheduler");