[PATCH] rbtree: support functions used by the io schedulers
[linux-2.6.git] / block / as-iosched.c
1 /*
2  *  Anticipatory & deadline i/o scheduler.
3  *
4  *  Copyright (C) 2002 Jens Axboe <axboe@suse.de>
5  *                     Nick Piggin <nickpiggin@yahoo.com.au>
6  *
7  */
8 #include <linux/kernel.h>
9 #include <linux/fs.h>
10 #include <linux/blkdev.h>
11 #include <linux/elevator.h>
12 #include <linux/bio.h>
13 #include <linux/config.h>
14 #include <linux/module.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/init.h>
17 #include <linux/compiler.h>
18 #include <linux/hash.h>
19 #include <linux/rbtree.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21
22 #define REQ_SYNC        1
23 #define REQ_ASYNC       0
24
25 /*
26  * See Documentation/block/as-iosched.txt
27  */
28
29 /*
30  * max time before a read is submitted.
31  */
32 #define default_read_expire (HZ / 8)
33
34 /*
35  * ditto for writes, these limits are not hard, even
36  * if the disk is capable of satisfying them.
37  */
38 #define default_write_expire (HZ / 4)
39
40 /*
41  * read_batch_expire describes how long we will allow a stream of reads to
42  * persist before looking to see whether it is time to switch over to writes.
43  */
44 #define default_read_batch_expire (HZ / 2)
45
46 /*
47  * write_batch_expire describes how long we want a stream of writes to run for.
48  * This is not a hard limit, but a target we set for the auto-tuning thingy.
49  * See, the problem is: we can send a lot of writes to disk cache / TCQ in
50  * a short amount of time...
51  */
52 #define default_write_batch_expire (HZ / 8)
53
54 /*
55  * max time we may wait to anticipate a read (default around 6ms)
56  */
57 #define default_antic_expire ((HZ / 150) ? HZ / 150 : 1)
58
59 /*
60  * Keep track of up to 20ms thinktimes. We can go as big as we like here,
61  * however huge values tend to interfere and not decay fast enough. A program
62  * might be in a non-io phase of operation. Waiting on user input for example,
63  * or doing a lengthy computation. A small penalty can be justified there, and
64  * will still catch out those processes that constantly have large thinktimes.
65  */
66 #define MAX_THINKTIME (HZ/50UL)
67
68 /* Bits in as_io_context.state */
69 enum as_io_states {
70         AS_TASK_RUNNING=0,      /* Process has not exited */
71         AS_TASK_IOSTARTED,      /* Process has started some IO */
72         AS_TASK_IORUNNING,      /* Process has completed some IO */
73 };
74
75 enum anticipation_status {
76         ANTIC_OFF=0,            /* Not anticipating (normal operation)  */
77         ANTIC_WAIT_REQ,         /* The last read has not yet completed  */
78         ANTIC_WAIT_NEXT,        /* Currently anticipating a request vs
79                                    last read (which has completed) */
80         ANTIC_FINISHED,         /* Anticipating but have found a candidate
81                                  * or timed out */
82 };
83
84 struct as_data {
85         /*
86          * run time data
87          */
88
89         struct request_queue *q;        /* the "owner" queue */
90
91         /*
92          * requests (as_rq s) are present on both sort_list and fifo_list
93          */
94         struct rb_root sort_list[2];
95         struct list_head fifo_list[2];
96
97         struct as_rq *next_arq[2];      /* next in sort order */
98         sector_t last_sector[2];        /* last REQ_SYNC & REQ_ASYNC sectors */
99         struct hlist_head *hash;        /* request hash */
100
101         unsigned long exit_prob;        /* probability a task will exit while
102                                            being waited on */
103         unsigned long exit_no_coop;     /* probablility an exited task will
104                                            not be part of a later cooperating
105                                            request */
106         unsigned long new_ttime_total;  /* mean thinktime on new proc */
107         unsigned long new_ttime_mean;
108         u64 new_seek_total;             /* mean seek on new proc */
109         sector_t new_seek_mean;
110
111         unsigned long current_batch_expires;
112         unsigned long last_check_fifo[2];
113         int changed_batch;              /* 1: waiting for old batch to end */
114         int new_batch;                  /* 1: waiting on first read complete */
115         int batch_data_dir;             /* current batch REQ_SYNC / REQ_ASYNC */
116         int write_batch_count;          /* max # of reqs in a write batch */
117         int current_write_count;        /* how many requests left this batch */
118         int write_batch_idled;          /* has the write batch gone idle? */
119         mempool_t *arq_pool;
120
121         enum anticipation_status antic_status;
122         unsigned long antic_start;      /* jiffies: when it started */
123         struct timer_list antic_timer;  /* anticipatory scheduling timer */
124         struct work_struct antic_work;  /* Deferred unplugging */
125         struct io_context *io_context;  /* Identify the expected process */
126         int ioc_finished; /* IO associated with io_context is finished */
127         int nr_dispatched;
128
129         /*
130          * settings that change how the i/o scheduler behaves
131          */
132         unsigned long fifo_expire[2];
133         unsigned long batch_expire[2];
134         unsigned long antic_expire;
135 };
136
137 #define list_entry_fifo(ptr)    list_entry((ptr), struct as_rq, fifo)
138
139 /*
140  * per-request data.
141  */
142 enum arq_state {
143         AS_RQ_NEW=0,            /* New - not referenced and not on any lists */
144         AS_RQ_QUEUED,           /* In the request queue. It belongs to the
145                                    scheduler */
146         AS_RQ_DISPATCHED,       /* On the dispatch list. It belongs to the
147                                    driver now */
148         AS_RQ_PRESCHED,         /* Debug poisoning for requests being used */
149         AS_RQ_REMOVED,
150         AS_RQ_MERGED,
151         AS_RQ_POSTSCHED,        /* when they shouldn't be */
152 };
153
154 struct as_rq {
155         /*
156          * rbtree index, key is the starting offset
157          */
158         struct rb_node rb_node;
159         sector_t rb_key;
160
161         struct request *request;
162
163         struct io_context *io_context;  /* The submitting task */
164
165         /*
166          * request hash, key is the ending offset (for back merge lookup)
167          */
168         struct hlist_node 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 static atomic_t ioc_count = ATOMIC_INIT(0);
185 static struct completion *ioc_gone;
186
187 static void as_move_to_dispatch(struct as_data *ad, struct as_rq *arq);
188 static void as_antic_stop(struct as_data *ad);
189
190 /*
191  * IO Context helper functions
192  */
193
194 /* Called to deallocate the as_io_context */
195 static void free_as_io_context(struct as_io_context *aic)
196 {
197         kfree(aic);
198         if (atomic_dec_and_test(&ioc_count) && ioc_gone)
199                 complete(ioc_gone);
200 }
201
202 static void as_trim(struct io_context *ioc)
203 {
204         if (ioc->aic)
205                 free_as_io_context(ioc->aic);
206         ioc->aic = NULL;
207 }
208
209 /* Called when the task exits */
210 static void exit_as_io_context(struct as_io_context *aic)
211 {
212         WARN_ON(!test_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state));
213         clear_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state);
214 }
215
216 static struct as_io_context *alloc_as_io_context(void)
217 {
218         struct as_io_context *ret;
219
220         ret = kmalloc(sizeof(*ret), GFP_ATOMIC);
221         if (ret) {
222                 ret->dtor = free_as_io_context;
223                 ret->exit = exit_as_io_context;
224                 ret->state = 1 << AS_TASK_RUNNING;
225                 atomic_set(&ret->nr_queued, 0);
226                 atomic_set(&ret->nr_dispatched, 0);
227                 spin_lock_init(&ret->lock);
228                 ret->ttime_total = 0;
229                 ret->ttime_samples = 0;
230                 ret->ttime_mean = 0;
231                 ret->seek_total = 0;
232                 ret->seek_samples = 0;
233                 ret->seek_mean = 0;
234                 atomic_inc(&ioc_count);
235         }
236
237         return ret;
238 }
239
240 /*
241  * If the current task has no AS IO context then create one and initialise it.
242  * Then take a ref on the task's io context and return it.
243  */
244 static struct io_context *as_get_io_context(void)
245 {
246         struct io_context *ioc = get_io_context(GFP_ATOMIC);
247         if (ioc && !ioc->aic) {
248                 ioc->aic = alloc_as_io_context();
249                 if (!ioc->aic) {
250                         put_io_context(ioc);
251                         ioc = NULL;
252                 }
253         }
254         return ioc;
255 }
256
257 static void as_put_io_context(struct as_rq *arq)
258 {
259         struct as_io_context *aic;
260
261         if (unlikely(!arq->io_context))
262                 return;
263
264         aic = arq->io_context->aic;
265
266         if (arq->is_sync == REQ_SYNC && aic) {
267                 spin_lock(&aic->lock);
268                 set_bit(AS_TASK_IORUNNING, &aic->state);
269                 aic->last_end_request = jiffies;
270                 spin_unlock(&aic->lock);
271         }
272
273         put_io_context(arq->io_context);
274 }
275
276 /*
277  * the back merge hash support functions
278  */
279 static const int as_hash_shift = 6;
280 #define AS_HASH_BLOCK(sec)      ((sec) >> 3)
281 #define AS_HASH_FN(sec)         (hash_long(AS_HASH_BLOCK((sec)), as_hash_shift))
282 #define AS_HASH_ENTRIES         (1 << as_hash_shift)
283 #define rq_hash_key(rq)         ((rq)->sector + (rq)->nr_sectors)
284
285 static inline void __as_del_arq_hash(struct as_rq *arq)
286 {
287         hlist_del_init(&arq->hash);
288 }
289
290 static inline void as_del_arq_hash(struct as_rq *arq)
291 {
292         if (!hlist_unhashed(&arq->hash))
293                 __as_del_arq_hash(arq);
294 }
295
296 static void as_add_arq_hash(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
297 {
298         struct request *rq = arq->request;
299
300         BUG_ON(!hlist_unhashed(&arq->hash));
301
302         hlist_add_head(&arq->hash, &ad->hash[AS_HASH_FN(rq_hash_key(rq))]);
303 }
304
305 /*
306  * move hot entry to front of chain
307  */
308 static inline void as_hot_arq_hash(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
309 {
310         struct request *rq = arq->request;
311         struct hlist_head *head = &ad->hash[AS_HASH_FN(rq_hash_key(rq))];
312
313         if (hlist_unhashed(&arq->hash)) {
314                 WARN_ON(1);
315                 return;
316         }
317
318         if (&arq->hash != head->first) {
319                 hlist_del(&arq->hash);
320                 hlist_add_head(&arq->hash, head);
321         }
322 }
323
324 static struct request *as_find_arq_hash(struct as_data *ad, sector_t offset)
325 {
326         struct hlist_head *hash_list = &ad->hash[AS_HASH_FN(offset)];
327         struct hlist_node *entry, *next;
328         struct as_rq *arq;
329
330         hlist_for_each_entry_safe(arq, entry, next, hash_list, hash) {
331                 struct request *__rq = arq->request;
332
333                 BUG_ON(hlist_unhashed(&arq->hash));
334
335                 if (!rq_mergeable(__rq)) {
336                         as_del_arq_hash(arq);
337                         continue;
338                 }
339
340                 if (rq_hash_key(__rq) == offset)
341                         return __rq;
342         }
343
344         return NULL;
345 }
346
347 /*
348  * rb tree support functions
349  */
350 #define rb_entry_arq(node)      rb_entry((node), struct as_rq, rb_node)
351 #define ARQ_RB_ROOT(ad, arq)    (&(ad)->sort_list[(arq)->is_sync])
352 #define rq_rb_key(rq)           (rq)->sector
353
354 /*
355  * as_find_first_arq finds the first (lowest sector numbered) request
356  * for the specified data_dir. Used to sweep back to the start of the disk
357  * (1-way elevator) after we process the last (highest sector) request.
358  */
359 static struct as_rq *as_find_first_arq(struct as_data *ad, int data_dir)
360 {
361         struct rb_node *n = ad->sort_list[data_dir].rb_node;
362
363         if (n == NULL)
364                 return NULL;
365
366         for (;;) {
367                 if (n->rb_left == NULL)
368                         return rb_entry_arq(n);
369
370                 n = n->rb_left;
371         }
372 }
373
374 /*
375  * Add the request to the rb tree if it is unique.  If there is an alias (an
376  * existing request against the same sector), which can happen when using
377  * direct IO, then return the alias.
378  */
379 static struct as_rq *__as_add_arq_rb(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
380 {
381         struct rb_node **p = &ARQ_RB_ROOT(ad, arq)->rb_node;
382         struct rb_node *parent = NULL;
383         struct as_rq *__arq;
384         struct request *rq = arq->request;
385
386         arq->rb_key = rq_rb_key(rq);
387
388         while (*p) {
389                 parent = *p;
390                 __arq = rb_entry_arq(parent);
391
392                 if (arq->rb_key < __arq->rb_key)
393                         p = &(*p)->rb_left;
394                 else if (arq->rb_key > __arq->rb_key)
395                         p = &(*p)->rb_right;
396                 else
397                         return __arq;
398         }
399
400         rb_link_node(&arq->rb_node, parent, p);
401         rb_insert_color(&arq->rb_node, ARQ_RB_ROOT(ad, arq));
402
403         return NULL;
404 }
405
406 static void as_add_arq_rb(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
407 {
408         struct as_rq *alias;
409
410         while ((unlikely(alias = __as_add_arq_rb(ad, arq)))) {
411                 as_move_to_dispatch(ad, alias);
412                 as_antic_stop(ad);
413         }
414 }
415
416 static inline void as_del_arq_rb(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
417 {
418         if (!RB_EMPTY_NODE(&arq->rb_node)) {
419                 WARN_ON(1);
420                 return;
421         }
422
423         rb_erase(&arq->rb_node, ARQ_RB_ROOT(ad, arq));
424         RB_CLEAR_NODE(&arq->rb_node);
425 }
426
427 static struct request *
428 as_find_arq_rb(struct as_data *ad, sector_t sector, int data_dir)
429 {
430         struct rb_node *n = ad->sort_list[data_dir].rb_node;
431         struct as_rq *arq;
432
433         while (n) {
434                 arq = rb_entry_arq(n);
435
436                 if (sector < arq->rb_key)
437                         n = n->rb_left;
438                 else if (sector > arq->rb_key)
439                         n = n->rb_right;
440                 else
441                         return arq->request;
442         }
443
444         return NULL;
445 }
446
447 /*
448  * IO Scheduler proper
449  */
450
451 #define MAXBACK (1024 * 1024)   /*
452                                  * Maximum distance the disk will go backward
453                                  * for a request.
454                                  */
455
456 #define BACK_PENALTY    2
457
458 /*
459  * as_choose_req selects the preferred one of two requests of the same data_dir
460  * ignoring time - eg. timeouts, which is the job of as_dispatch_request
461  */
462 static struct as_rq *
463 as_choose_req(struct as_data *ad, struct as_rq *arq1, struct as_rq *arq2)
464 {
465         int data_dir;
466         sector_t last, s1, s2, d1, d2;
467         int r1_wrap=0, r2_wrap=0;       /* requests are behind the disk head */
468         const sector_t maxback = MAXBACK;
469
470         if (arq1 == NULL || arq1 == arq2)
471                 return arq2;
472         if (arq2 == NULL)
473                 return arq1;
474
475         data_dir = arq1->is_sync;
476
477         last = ad->last_sector[data_dir];
478         s1 = arq1->request->sector;
479         s2 = arq2->request->sector;
480
481         BUG_ON(data_dir != arq2->is_sync);
482
483         /*
484          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
485          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
486          * similar forward seek.
487          */
488         if (s1 >= last)
489                 d1 = s1 - last;
490         else if (s1+maxback >= last)
491                 d1 = (last - s1)*BACK_PENALTY;
492         else {
493                 r1_wrap = 1;
494                 d1 = 0; /* shut up, gcc */
495         }
496
497         if (s2 >= last)
498                 d2 = s2 - last;
499         else if (s2+maxback >= last)
500                 d2 = (last - s2)*BACK_PENALTY;
501         else {
502                 r2_wrap = 1;
503                 d2 = 0;
504         }
505
506         /* Found required data */
507         if (!r1_wrap && r2_wrap)
508                 return arq1;
509         else if (!r2_wrap && r1_wrap)
510                 return arq2;
511         else if (r1_wrap && r2_wrap) {
512                 /* both behind the head */
513                 if (s1 <= s2)
514                         return arq1;
515                 else
516                         return arq2;
517         }
518
519         /* Both requests in front of the head */
520         if (d1 < d2)
521                 return arq1;
522         else if (d2 < d1)
523                 return arq2;
524         else {
525                 if (s1 >= s2)
526                         return arq1;
527                 else
528                         return arq2;
529         }
530 }
531
532 /*
533  * as_find_next_arq finds the next request after @prev in elevator order.
534  * this with as_choose_req form the basis for how the scheduler chooses
535  * what request to process next. Anticipation works on top of this.
536  */
537 static struct as_rq *as_find_next_arq(struct as_data *ad, struct as_rq *last)
538 {
539         const int data_dir = last->is_sync;
540         struct as_rq *ret;
541         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
542         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
543         struct as_rq *arq_next, *arq_prev;
544
545         BUG_ON(!RB_EMPTY_NODE(&last->rb_node));
546
547         if (rbprev)
548                 arq_prev = rb_entry_arq(rbprev);
549         else
550                 arq_prev = NULL;
551
552         if (rbnext)
553                 arq_next = rb_entry_arq(rbnext);
554         else {
555                 arq_next = as_find_first_arq(ad, data_dir);
556                 if (arq_next == last)
557                         arq_next = NULL;
558         }
559
560         ret = as_choose_req(ad, arq_next, arq_prev);
561
562         return ret;
563 }
564
565 /*
566  * anticipatory scheduling functions follow
567  */
568
569 /*
570  * as_antic_expired tells us when we have anticipated too long.
571  * The funny "absolute difference" math on the elapsed time is to handle
572  * jiffy wraps, and disks which have been idle for 0x80000000 jiffies.
573  */
574 static int as_antic_expired(struct as_data *ad)
575 {
576         long delta_jif;
577
578         delta_jif = jiffies - ad->antic_start;
579         if (unlikely(delta_jif < 0))
580                 delta_jif = -delta_jif;
581         if (delta_jif < ad->antic_expire)
582                 return 0;
583
584         return 1;
585 }
586
587 /*
588  * as_antic_waitnext starts anticipating that a nice request will soon be
589  * submitted. See also as_antic_waitreq
590  */
591 static void as_antic_waitnext(struct as_data *ad)
592 {
593         unsigned long timeout;
594
595         BUG_ON(ad->antic_status != ANTIC_OFF
596                         && ad->antic_status != ANTIC_WAIT_REQ);
597
598         timeout = ad->antic_start + ad->antic_expire;
599
600         mod_timer(&ad->antic_timer, timeout);
601
602         ad->antic_status = ANTIC_WAIT_NEXT;
603 }
604
605 /*
606  * as_antic_waitreq starts anticipating. We don't start timing the anticipation
607  * until the request that we're anticipating on has finished. This means we
608  * are timing from when the candidate process wakes up hopefully.
609  */
610 static void as_antic_waitreq(struct as_data *ad)
611 {
612         BUG_ON(ad->antic_status == ANTIC_FINISHED);
613         if (ad->antic_status == ANTIC_OFF) {
614                 if (!ad->io_context || ad->ioc_finished)
615                         as_antic_waitnext(ad);
616                 else
617                         ad->antic_status = ANTIC_WAIT_REQ;
618         }
619 }
620
621 /*
622  * This is called directly by the functions in this file to stop anticipation.
623  * We kill the timer and schedule a call to the request_fn asap.
624  */
625 static void as_antic_stop(struct as_data *ad)
626 {
627         int status = ad->antic_status;
628
629         if (status == ANTIC_WAIT_REQ || status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
630                 if (status == ANTIC_WAIT_NEXT)
631                         del_timer(&ad->antic_timer);
632                 ad->antic_status = ANTIC_FINISHED;
633                 /* see as_work_handler */
634                 kblockd_schedule_work(&ad->antic_work);
635         }
636 }
637
638 /*
639  * as_antic_timeout is the timer function set by as_antic_waitnext.
640  */
641 static void as_antic_timeout(unsigned long data)
642 {
643         struct request_queue *q = (struct request_queue *)data;
644         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
645         unsigned long flags;
646
647         spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
648         if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
649                         || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
650                 struct as_io_context *aic = ad->io_context->aic;
651
652                 ad->antic_status = ANTIC_FINISHED;
653                 kblockd_schedule_work(&ad->antic_work);
654
655                 if (aic->ttime_samples == 0) {
656                         /* process anticipated on has exited or timed out*/
657                         ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob + 256)/8;
658                 }
659                 if (!test_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state)) {
660                         /* process not "saved" by a cooperating request */
661                         ad->exit_no_coop = (7*ad->exit_no_coop + 256)/8;
662                 }
663         }
664         spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
665 }
666
667 static void as_update_thinktime(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic,
668                                 unsigned long ttime)
669 {
670         /* fixed point: 1.0 == 1<<8 */
671         if (aic->ttime_samples == 0) {
672                 ad->new_ttime_total = (7*ad->new_ttime_total + 256*ttime) / 8;
673                 ad->new_ttime_mean = ad->new_ttime_total / 256;
674
675                 ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob)/8;
676         }
677         aic->ttime_samples = (7*aic->ttime_samples + 256) / 8;
678         aic->ttime_total = (7*aic->ttime_total + 256*ttime) / 8;
679         aic->ttime_mean = (aic->ttime_total + 128) / aic->ttime_samples;
680 }
681
682 static void as_update_seekdist(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic,
683                                 sector_t sdist)
684 {
685         u64 total;
686
687         if (aic->seek_samples == 0) {
688                 ad->new_seek_total = (7*ad->new_seek_total + 256*(u64)sdist)/8;
689                 ad->new_seek_mean = ad->new_seek_total / 256;
690         }
691
692         /*
693          * Don't allow the seek distance to get too large from the
694          * odd fragment, pagein, etc
695          */
696         if (aic->seek_samples <= 60) /* second&third seek */
697                 sdist = min(sdist, (aic->seek_mean * 4) + 2*1024*1024);
698         else
699                 sdist = min(sdist, (aic->seek_mean * 4) + 2*1024*64);
700
701         aic->seek_samples = (7*aic->seek_samples + 256) / 8;
702         aic->seek_total = (7*aic->seek_total + (u64)256*sdist) / 8;
703         total = aic->seek_total + (aic->seek_samples/2);
704         do_div(total, aic->seek_samples);
705         aic->seek_mean = (sector_t)total;
706 }
707
708 /*
709  * as_update_iohist keeps a decaying histogram of IO thinktimes, and
710  * updates @aic->ttime_mean based on that. It is called when a new
711  * request is queued.
712  */
713 static void as_update_iohist(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic,
714                                 struct request *rq)
715 {
716         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
717         int data_dir = arq->is_sync;
718         unsigned long thinktime = 0;
719         sector_t seek_dist;
720
721         if (aic == NULL)
722                 return;
723
724         if (data_dir == REQ_SYNC) {
725                 unsigned long in_flight = atomic_read(&aic->nr_queued)
726                                         + atomic_read(&aic->nr_dispatched);
727                 spin_lock(&aic->lock);
728                 if (test_bit(AS_TASK_IORUNNING, &aic->state) ||
729                         test_bit(AS_TASK_IOSTARTED, &aic->state)) {
730                         /* Calculate read -> read thinktime */
731                         if (test_bit(AS_TASK_IORUNNING, &aic->state)
732                                                         && in_flight == 0) {
733                                 thinktime = jiffies - aic->last_end_request;
734                                 thinktime = min(thinktime, MAX_THINKTIME-1);
735                         }
736                         as_update_thinktime(ad, aic, thinktime);
737
738                         /* Calculate read -> read seek distance */
739                         if (aic->last_request_pos < rq->sector)
740                                 seek_dist = rq->sector - aic->last_request_pos;
741                         else
742                                 seek_dist = aic->last_request_pos - rq->sector;
743                         as_update_seekdist(ad, aic, seek_dist);
744                 }
745                 aic->last_request_pos = rq->sector + rq->nr_sectors;
746                 set_bit(AS_TASK_IOSTARTED, &aic->state);
747                 spin_unlock(&aic->lock);
748         }
749 }
750
751 /*
752  * as_close_req decides if one request is considered "close" to the
753  * previous one issued.
754  */
755 static int as_close_req(struct as_data *ad, struct as_io_context *aic,
756                                 struct as_rq *arq)
757 {
758         unsigned long delay;    /* milliseconds */
759         sector_t last = ad->last_sector[ad->batch_data_dir];
760         sector_t next = arq->request->sector;
761         sector_t delta; /* acceptable close offset (in sectors) */
762         sector_t s;
763
764         if (ad->antic_status == ANTIC_OFF || !ad->ioc_finished)
765                 delay = 0;
766         else
767                 delay = ((jiffies - ad->antic_start) * 1000) / HZ;
768
769         if (delay == 0)
770                 delta = 8192;
771         else if (delay <= 20 && delay <= ad->antic_expire)
772                 delta = 8192 << delay;
773         else
774                 return 1;
775
776         if ((last <= next + (delta>>1)) && (next <= last + delta))
777                 return 1;
778
779         if (last < next)
780                 s = next - last;
781         else
782                 s = last - next;
783
784         if (aic->seek_samples == 0) {
785                 /*
786                  * Process has just started IO. Use past statistics to
787                  * gauge success possibility
788                  */
789                 if (ad->new_seek_mean > s) {
790                         /* this request is better than what we're expecting */
791                         return 1;
792                 }
793
794         } else {
795                 if (aic->seek_mean > s) {
796                         /* this request is better than what we're expecting */
797                         return 1;
798                 }
799         }
800
801         return 0;
802 }
803
804 /*
805  * as_can_break_anticipation returns true if we have been anticipating this
806  * request.
807  *
808  * It also returns true if the process against which we are anticipating
809  * submits a write - that's presumably an fsync, O_SYNC write, etc. We want to
810  * dispatch it ASAP, because we know that application will not be submitting
811  * any new reads.
812  *
813  * If the task which has submitted the request has exited, break anticipation.
814  *
815  * If this task has queued some other IO, do not enter enticipation.
816  */
817 static int as_can_break_anticipation(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
818 {
819         struct io_context *ioc;
820         struct as_io_context *aic;
821
822         ioc = ad->io_context;
823         BUG_ON(!ioc);
824
825         if (arq && ioc == arq->io_context) {
826                 /* request from same process */
827                 return 1;
828         }
829
830         if (ad->ioc_finished && as_antic_expired(ad)) {
831                 /*
832                  * In this situation status should really be FINISHED,
833                  * however the timer hasn't had the chance to run yet.
834                  */
835                 return 1;
836         }
837
838         aic = ioc->aic;
839         if (!aic)
840                 return 0;
841
842         if (atomic_read(&aic->nr_queued) > 0) {
843                 /* process has more requests queued */
844                 return 1;
845         }
846
847         if (atomic_read(&aic->nr_dispatched) > 0) {
848                 /* process has more requests dispatched */
849                 return 1;
850         }
851
852         if (arq && arq->is_sync == REQ_SYNC && as_close_req(ad, aic, arq)) {
853                 /*
854                  * Found a close request that is not one of ours.
855                  *
856                  * This makes close requests from another process update
857                  * our IO history. Is generally useful when there are
858                  * two or more cooperating processes working in the same
859                  * area.
860                  */
861                 if (!test_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state)) {
862                         if (aic->ttime_samples == 0)
863                                 ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob + 256)/8;
864
865                         ad->exit_no_coop = (7*ad->exit_no_coop)/8;
866                 }
867
868                 as_update_iohist(ad, aic, arq->request);
869                 return 1;
870         }
871
872         if (!test_bit(AS_TASK_RUNNING, &aic->state)) {
873                 /* process anticipated on has exited */
874                 if (aic->ttime_samples == 0)
875                         ad->exit_prob = (7*ad->exit_prob + 256)/8;
876
877                 if (ad->exit_no_coop > 128)
878                         return 1;
879         }
880
881         if (aic->ttime_samples == 0) {
882                 if (ad->new_ttime_mean > ad->antic_expire)
883                         return 1;
884                 if (ad->exit_prob * ad->exit_no_coop > 128*256)
885                         return 1;
886         } else if (aic->ttime_mean > ad->antic_expire) {
887                 /* the process thinks too much between requests */
888                 return 1;
889         }
890
891         return 0;
892 }
893
894 /*
895  * as_can_anticipate indicates weather we should either run arq
896  * or keep anticipating a better request.
897  */
898 static int as_can_anticipate(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
899 {
900         if (!ad->io_context)
901                 /*
902                  * Last request submitted was a write
903                  */
904                 return 0;
905
906         if (ad->antic_status == ANTIC_FINISHED)
907                 /*
908                  * Don't restart if we have just finished. Run the next request
909                  */
910                 return 0;
911
912         if (as_can_break_anticipation(ad, arq))
913                 /*
914                  * This request is a good candidate. Don't keep anticipating,
915                  * run it.
916                  */
917                 return 0;
918
919         /*
920          * OK from here, we haven't finished, and don't have a decent request!
921          * Status is either ANTIC_OFF so start waiting,
922          * ANTIC_WAIT_REQ so continue waiting for request to finish
923          * or ANTIC_WAIT_NEXT so continue waiting for an acceptable request.
924          */
925
926         return 1;
927 }
928
929 /*
930  * as_update_arq must be called whenever a request (arq) is added to
931  * the sort_list. This function keeps caches up to date, and checks if the
932  * request might be one we are "anticipating"
933  */
934 static void as_update_arq(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
935 {
936         const int data_dir = arq->is_sync;
937
938         /* keep the next_arq cache up to date */
939         ad->next_arq[data_dir] = as_choose_req(ad, arq, ad->next_arq[data_dir]);
940
941         /*
942          * have we been anticipating this request?
943          * or does it come from the same process as the one we are anticipating
944          * for?
945          */
946         if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
947                         || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
948                 if (as_can_break_anticipation(ad, arq))
949                         as_antic_stop(ad);
950         }
951 }
952
953 /*
954  * Gathers timings and resizes the write batch automatically
955  */
956 static void update_write_batch(struct as_data *ad)
957 {
958         unsigned long batch = ad->batch_expire[REQ_ASYNC];
959         long write_time;
960
961         write_time = (jiffies - ad->current_batch_expires) + batch;
962         if (write_time < 0)
963                 write_time = 0;
964
965         if (write_time > batch && !ad->write_batch_idled) {
966                 if (write_time > batch * 3)
967                         ad->write_batch_count /= 2;
968                 else
969                         ad->write_batch_count--;
970         } else if (write_time < batch && ad->current_write_count == 0) {
971                 if (batch > write_time * 3)
972                         ad->write_batch_count *= 2;
973                 else
974                         ad->write_batch_count++;
975         }
976
977         if (ad->write_batch_count < 1)
978                 ad->write_batch_count = 1;
979 }
980
981 /*
982  * as_completed_request is to be called when a request has completed and
983  * returned something to the requesting process, be it an error or data.
984  */
985 static void as_completed_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
986 {
987         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
988         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
989
990         WARN_ON(!list_empty(&rq->queuelist));
991
992         if (arq->state != AS_RQ_REMOVED) {
993                 printk("arq->state %d\n", arq->state);
994                 WARN_ON(1);
995                 goto out;
996         }
997
998         if (ad->changed_batch && ad->nr_dispatched == 1) {
999                 kblockd_schedule_work(&ad->antic_work);
1000                 ad->changed_batch = 0;
1001
1002                 if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC)
1003                         ad->new_batch = 1;
1004         }
1005         WARN_ON(ad->nr_dispatched == 0);
1006         ad->nr_dispatched--;
1007
1008         /*
1009          * Start counting the batch from when a request of that direction is
1010          * actually serviced. This should help devices with big TCQ windows
1011          * and writeback caches
1012          */
1013         if (ad->new_batch && ad->batch_data_dir == arq->is_sync) {
1014                 update_write_batch(ad);
1015                 ad->current_batch_expires = jiffies +
1016                                 ad->batch_expire[REQ_SYNC];
1017                 ad->new_batch = 0;
1018         }
1019
1020         if (ad->io_context == arq->io_context && ad->io_context) {
1021                 ad->antic_start = jiffies;
1022                 ad->ioc_finished = 1;
1023                 if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ) {
1024                         /*
1025                          * We were waiting on this request, now anticipate
1026                          * the next one
1027                          */
1028                         as_antic_waitnext(ad);
1029                 }
1030         }
1031
1032         as_put_io_context(arq);
1033 out:
1034         arq->state = AS_RQ_POSTSCHED;
1035 }
1036
1037 /*
1038  * as_remove_queued_request removes a request from the pre dispatch queue
1039  * without updating refcounts. It is expected the caller will drop the
1040  * reference unless it replaces the request at somepart of the elevator
1041  * (ie. the dispatch queue)
1042  */
1043 static void as_remove_queued_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1044 {
1045         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1046         const int data_dir = arq->is_sync;
1047         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1048
1049         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1050
1051         if (arq->io_context && arq->io_context->aic) {
1052                 BUG_ON(!atomic_read(&arq->io_context->aic->nr_queued));
1053                 atomic_dec(&arq->io_context->aic->nr_queued);
1054         }
1055
1056         /*
1057          * Update the "next_arq" cache if we are about to remove its
1058          * entry
1059          */
1060         if (ad->next_arq[data_dir] == arq)
1061                 ad->next_arq[data_dir] = as_find_next_arq(ad, arq);
1062
1063         list_del_init(&arq->fifo);
1064         as_del_arq_hash(arq);
1065         as_del_arq_rb(ad, arq);
1066 }
1067
1068 /*
1069  * as_fifo_expired returns 0 if there are no expired reads on the fifo,
1070  * 1 otherwise.  It is ratelimited so that we only perform the check once per
1071  * `fifo_expire' interval.  Otherwise a large number of expired requests
1072  * would create a hopeless seekstorm.
1073  *
1074  * See as_antic_expired comment.
1075  */
1076 static int as_fifo_expired(struct as_data *ad, int adir)
1077 {
1078         struct as_rq *arq;
1079         long delta_jif;
1080
1081         delta_jif = jiffies - ad->last_check_fifo[adir];
1082         if (unlikely(delta_jif < 0))
1083                 delta_jif = -delta_jif;
1084         if (delta_jif < ad->fifo_expire[adir])
1085                 return 0;
1086
1087         ad->last_check_fifo[adir] = jiffies;
1088
1089         if (list_empty(&ad->fifo_list[adir]))
1090                 return 0;
1091
1092         arq = list_entry_fifo(ad->fifo_list[adir].next);
1093
1094         return time_after(jiffies, arq->expires);
1095 }
1096
1097 /*
1098  * as_batch_expired returns true if the current batch has expired. A batch
1099  * is a set of reads or a set of writes.
1100  */
1101 static inline int as_batch_expired(struct as_data *ad)
1102 {
1103         if (ad->changed_batch || ad->new_batch)
1104                 return 0;
1105
1106         if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC)
1107                 /* TODO! add a check so a complete fifo gets written? */
1108                 return time_after(jiffies, ad->current_batch_expires);
1109
1110         return time_after(jiffies, ad->current_batch_expires)
1111                 || ad->current_write_count == 0;
1112 }
1113
1114 /*
1115  * move an entry to dispatch queue
1116  */
1117 static void as_move_to_dispatch(struct as_data *ad, struct as_rq *arq)
1118 {
1119         struct request *rq = arq->request;
1120         const int data_dir = arq->is_sync;
1121
1122         BUG_ON(!RB_EMPTY_NODE(&arq->rb_node));
1123
1124         as_antic_stop(ad);
1125         ad->antic_status = ANTIC_OFF;
1126
1127         /*
1128          * This has to be set in order to be correctly updated by
1129          * as_find_next_arq
1130          */
1131         ad->last_sector[data_dir] = rq->sector + rq->nr_sectors;
1132
1133         if (data_dir == REQ_SYNC) {
1134                 /* In case we have to anticipate after this */
1135                 copy_io_context(&ad->io_context, &arq->io_context);
1136         } else {
1137                 if (ad->io_context) {
1138                         put_io_context(ad->io_context);
1139                         ad->io_context = NULL;
1140                 }
1141
1142                 if (ad->current_write_count != 0)
1143                         ad->current_write_count--;
1144         }
1145         ad->ioc_finished = 0;
1146
1147         ad->next_arq[data_dir] = as_find_next_arq(ad, arq);
1148
1149         /*
1150          * take it off the sort and fifo list, add to dispatch queue
1151          */
1152         as_remove_queued_request(ad->q, rq);
1153         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_QUEUED);
1154
1155         elv_dispatch_sort(ad->q, rq);
1156
1157         arq->state = AS_RQ_DISPATCHED;
1158         if (arq->io_context && arq->io_context->aic)
1159                 atomic_inc(&arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1160         ad->nr_dispatched++;
1161 }
1162
1163 /*
1164  * as_dispatch_request selects the best request according to
1165  * read/write expire, batch expire, etc, and moves it to the dispatch
1166  * queue. Returns 1 if a request was found, 0 otherwise.
1167  */
1168 static int as_dispatch_request(request_queue_t *q, int force)
1169 {
1170         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1171         struct as_rq *arq;
1172         const int reads = !list_empty(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]);
1173         const int writes = !list_empty(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC]);
1174
1175         if (unlikely(force)) {
1176                 /*
1177                  * Forced dispatch, accounting is useless.  Reset
1178                  * accounting states and dump fifo_lists.  Note that
1179                  * batch_data_dir is reset to REQ_SYNC to avoid
1180                  * screwing write batch accounting as write batch
1181                  * accounting occurs on W->R transition.
1182                  */
1183                 int dispatched = 0;
1184
1185                 ad->batch_data_dir = REQ_SYNC;
1186                 ad->changed_batch = 0;
1187                 ad->new_batch = 0;
1188
1189                 while (ad->next_arq[REQ_SYNC]) {
1190                         as_move_to_dispatch(ad, ad->next_arq[REQ_SYNC]);
1191                         dispatched++;
1192                 }
1193                 ad->last_check_fifo[REQ_SYNC] = jiffies;
1194
1195                 while (ad->next_arq[REQ_ASYNC]) {
1196                         as_move_to_dispatch(ad, ad->next_arq[REQ_ASYNC]);
1197                         dispatched++;
1198                 }
1199                 ad->last_check_fifo[REQ_ASYNC] = jiffies;
1200
1201                 return dispatched;
1202         }
1203
1204         /* Signal that the write batch was uncontended, so we can't time it */
1205         if (ad->batch_data_dir == REQ_ASYNC && !reads) {
1206                 if (ad->current_write_count == 0 || !writes)
1207                         ad->write_batch_idled = 1;
1208         }
1209
1210         if (!(reads || writes)
1211                 || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ
1212                 || ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT
1213                 || ad->changed_batch)
1214                 return 0;
1215
1216         if (!(reads && writes && as_batch_expired(ad))) {
1217                 /*
1218                  * batch is still running or no reads or no writes
1219                  */
1220                 arq = ad->next_arq[ad->batch_data_dir];
1221
1222                 if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC && ad->antic_expire) {
1223                         if (as_fifo_expired(ad, REQ_SYNC))
1224                                 goto fifo_expired;
1225
1226                         if (as_can_anticipate(ad, arq)) {
1227                                 as_antic_waitreq(ad);
1228                                 return 0;
1229                         }
1230                 }
1231
1232                 if (arq) {
1233                         /* we have a "next request" */
1234                         if (reads && !writes)
1235                                 ad->current_batch_expires =
1236                                         jiffies + ad->batch_expire[REQ_SYNC];
1237                         goto dispatch_request;
1238                 }
1239         }
1240
1241         /*
1242          * at this point we are not running a batch. select the appropriate
1243          * data direction (read / write)
1244          */
1245
1246         if (reads) {
1247                 BUG_ON(RB_EMPTY_ROOT(&ad->sort_list[REQ_SYNC]));
1248
1249                 if (writes && ad->batch_data_dir == REQ_SYNC)
1250                         /*
1251                          * Last batch was a read, switch to writes
1252                          */
1253                         goto dispatch_writes;
1254
1255                 if (ad->batch_data_dir == REQ_ASYNC) {
1256                         WARN_ON(ad->new_batch);
1257                         ad->changed_batch = 1;
1258                 }
1259                 ad->batch_data_dir = REQ_SYNC;
1260                 arq = list_entry_fifo(ad->fifo_list[ad->batch_data_dir].next);
1261                 ad->last_check_fifo[ad->batch_data_dir] = jiffies;
1262                 goto dispatch_request;
1263         }
1264
1265         /*
1266          * the last batch was a read
1267          */
1268
1269         if (writes) {
1270 dispatch_writes:
1271                 BUG_ON(RB_EMPTY_ROOT(&ad->sort_list[REQ_ASYNC]));
1272
1273                 if (ad->batch_data_dir == REQ_SYNC) {
1274                         ad->changed_batch = 1;
1275
1276                         /*
1277                          * new_batch might be 1 when the queue runs out of
1278                          * reads. A subsequent submission of a write might
1279                          * cause a change of batch before the read is finished.
1280                          */
1281                         ad->new_batch = 0;
1282                 }
1283                 ad->batch_data_dir = REQ_ASYNC;
1284                 ad->current_write_count = ad->write_batch_count;
1285                 ad->write_batch_idled = 0;
1286                 arq = ad->next_arq[ad->batch_data_dir];
1287                 goto dispatch_request;
1288         }
1289
1290         BUG();
1291         return 0;
1292
1293 dispatch_request:
1294         /*
1295          * If a request has expired, service it.
1296          */
1297
1298         if (as_fifo_expired(ad, ad->batch_data_dir)) {
1299 fifo_expired:
1300                 arq = list_entry_fifo(ad->fifo_list[ad->batch_data_dir].next);
1301                 BUG_ON(arq == NULL);
1302         }
1303
1304         if (ad->changed_batch) {
1305                 WARN_ON(ad->new_batch);
1306
1307                 if (ad->nr_dispatched)
1308                         return 0;
1309
1310                 if (ad->batch_data_dir == REQ_ASYNC)
1311                         ad->current_batch_expires = jiffies +
1312                                         ad->batch_expire[REQ_ASYNC];
1313                 else
1314                         ad->new_batch = 1;
1315
1316                 ad->changed_batch = 0;
1317         }
1318
1319         /*
1320          * arq is the selected appropriate request.
1321          */
1322         as_move_to_dispatch(ad, arq);
1323
1324         return 1;
1325 }
1326
1327 /*
1328  * add arq to rbtree and fifo
1329  */
1330 static void as_add_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1331 {
1332         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1333         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1334         int data_dir;
1335
1336         arq->state = AS_RQ_NEW;
1337
1338         if (rq_data_dir(arq->request) == READ
1339                         || (arq->request->flags & REQ_RW_SYNC))
1340                 arq->is_sync = 1;
1341         else
1342                 arq->is_sync = 0;
1343         data_dir = arq->is_sync;
1344
1345         arq->io_context = as_get_io_context();
1346
1347         if (arq->io_context) {
1348                 as_update_iohist(ad, arq->io_context->aic, arq->request);
1349                 atomic_inc(&arq->io_context->aic->nr_queued);
1350         }
1351
1352         as_add_arq_rb(ad, arq);
1353         if (rq_mergeable(arq->request))
1354                 as_add_arq_hash(ad, arq);
1355
1356         /*
1357          * set expire time (only used for reads) and add to fifo list
1358          */
1359         arq->expires = jiffies + ad->fifo_expire[data_dir];
1360         list_add_tail(&arq->fifo, &ad->fifo_list[data_dir]);
1361
1362         as_update_arq(ad, arq); /* keep state machine up to date */
1363         arq->state = AS_RQ_QUEUED;
1364 }
1365
1366 static void as_activate_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1367 {
1368         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1369
1370         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_DISPATCHED);
1371         arq->state = AS_RQ_REMOVED;
1372         if (arq->io_context && arq->io_context->aic)
1373                 atomic_dec(&arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1374 }
1375
1376 static void as_deactivate_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1377 {
1378         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1379
1380         WARN_ON(arq->state != AS_RQ_REMOVED);
1381         arq->state = AS_RQ_DISPATCHED;
1382         if (arq->io_context && arq->io_context->aic)
1383                 atomic_inc(&arq->io_context->aic->nr_dispatched);
1384 }
1385
1386 /*
1387  * as_queue_empty tells us if there are requests left in the device. It may
1388  * not be the case that a driver can get the next request even if the queue
1389  * is not empty - it is used in the block layer to check for plugging and
1390  * merging opportunities
1391  */
1392 static int as_queue_empty(request_queue_t *q)
1393 {
1394         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1395
1396         return list_empty(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC])
1397                 && list_empty(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]);
1398 }
1399
1400 static struct request *as_former_request(request_queue_t *q,
1401                                         struct request *rq)
1402 {
1403         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1404         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&arq->rb_node);
1405         struct request *ret = NULL;
1406
1407         if (rbprev)
1408                 ret = rb_entry_arq(rbprev)->request;
1409
1410         return ret;
1411 }
1412
1413 static struct request *as_latter_request(request_queue_t *q,
1414                                         struct request *rq)
1415 {
1416         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1417         struct rb_node *rbnext = rb_next(&arq->rb_node);
1418         struct request *ret = NULL;
1419
1420         if (rbnext)
1421                 ret = rb_entry_arq(rbnext)->request;
1422
1423         return ret;
1424 }
1425
1426 static int
1427 as_merge(request_queue_t *q, struct request **req, struct bio *bio)
1428 {
1429         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1430         sector_t rb_key = bio->bi_sector + bio_sectors(bio);
1431         struct request *__rq;
1432         int ret;
1433
1434         /*
1435          * see if the merge hash can satisfy a back merge
1436          */
1437         __rq = as_find_arq_hash(ad, bio->bi_sector);
1438         if (__rq) {
1439                 BUG_ON(__rq->sector + __rq->nr_sectors != bio->bi_sector);
1440
1441                 if (elv_rq_merge_ok(__rq, bio)) {
1442                         ret = ELEVATOR_BACK_MERGE;
1443                         goto out;
1444                 }
1445         }
1446
1447         /*
1448          * check for front merge
1449          */
1450         __rq = as_find_arq_rb(ad, rb_key, bio_data_dir(bio));
1451         if (__rq) {
1452                 BUG_ON(rb_key != rq_rb_key(__rq));
1453
1454                 if (elv_rq_merge_ok(__rq, bio)) {
1455                         ret = ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1456                         goto out;
1457                 }
1458         }
1459
1460         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1461 out:
1462         if (ret) {
1463                 if (rq_mergeable(__rq))
1464                         as_hot_arq_hash(ad, RQ_DATA(__rq));
1465         }
1466         *req = __rq;
1467         return ret;
1468 }
1469
1470 static void as_merged_request(request_queue_t *q, struct request *req)
1471 {
1472         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1473         struct as_rq *arq = RQ_DATA(req);
1474
1475         /*
1476          * hash always needs to be repositioned, key is end sector
1477          */
1478         as_del_arq_hash(arq);
1479         as_add_arq_hash(ad, arq);
1480
1481         /*
1482          * if the merge was a front merge, we need to reposition request
1483          */
1484         if (rq_rb_key(req) != arq->rb_key) {
1485                 as_del_arq_rb(ad, arq);
1486                 as_add_arq_rb(ad, arq);
1487                 /*
1488                  * Note! At this stage of this and the next function, our next
1489                  * request may not be optimal - eg the request may have "grown"
1490                  * behind the disk head. We currently don't bother adjusting.
1491                  */
1492         }
1493 }
1494
1495 static void as_merged_requests(request_queue_t *q, struct request *req,
1496                                 struct request *next)
1497 {
1498         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1499         struct as_rq *arq = RQ_DATA(req);
1500         struct as_rq *anext = RQ_DATA(next);
1501
1502         BUG_ON(!arq);
1503         BUG_ON(!anext);
1504
1505         /*
1506          * reposition arq (this is the merged request) in hash, and in rbtree
1507          * in case of a front merge
1508          */
1509         as_del_arq_hash(arq);
1510         as_add_arq_hash(ad, arq);
1511
1512         if (rq_rb_key(req) != arq->rb_key) {
1513                 as_del_arq_rb(ad, arq);
1514                 as_add_arq_rb(ad, arq);
1515         }
1516
1517         /*
1518          * if anext expires before arq, assign its expire time to arq
1519          * and move into anext position (anext will be deleted) in fifo
1520          */
1521         if (!list_empty(&arq->fifo) && !list_empty(&anext->fifo)) {
1522                 if (time_before(anext->expires, arq->expires)) {
1523                         list_move(&arq->fifo, &anext->fifo);
1524                         arq->expires = anext->expires;
1525                         /*
1526                          * Don't copy here but swap, because when anext is
1527                          * removed below, it must contain the unused context
1528                          */
1529                         swap_io_context(&arq->io_context, &anext->io_context);
1530                 }
1531         }
1532
1533         /*
1534          * kill knowledge of next, this one is a goner
1535          */
1536         as_remove_queued_request(q, next);
1537         as_put_io_context(anext);
1538
1539         anext->state = AS_RQ_MERGED;
1540 }
1541
1542 /*
1543  * This is executed in a "deferred" process context, by kblockd. It calls the
1544  * driver's request_fn so the driver can submit that request.
1545  *
1546  * IMPORTANT! This guy will reenter the elevator, so set up all queue global
1547  * state before calling, and don't rely on any state over calls.
1548  *
1549  * FIXME! dispatch queue is not a queue at all!
1550  */
1551 static void as_work_handler(void *data)
1552 {
1553         struct request_queue *q = data;
1554         unsigned long flags;
1555
1556         spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
1557         if (!as_queue_empty(q))
1558                 q->request_fn(q);
1559         spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
1560 }
1561
1562 static void as_put_request(request_queue_t *q, struct request *rq)
1563 {
1564         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1565         struct as_rq *arq = RQ_DATA(rq);
1566
1567         if (!arq) {
1568                 WARN_ON(1);
1569                 return;
1570         }
1571
1572         if (unlikely(arq->state != AS_RQ_POSTSCHED &&
1573                      arq->state != AS_RQ_PRESCHED &&
1574                      arq->state != AS_RQ_MERGED)) {
1575                 printk("arq->state %d\n", arq->state);
1576                 WARN_ON(1);
1577         }
1578
1579         mempool_free(arq, ad->arq_pool);
1580         rq->elevator_private = NULL;
1581 }
1582
1583 static int as_set_request(request_queue_t *q, struct request *rq,
1584                           struct bio *bio, gfp_t gfp_mask)
1585 {
1586         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1587         struct as_rq *arq = mempool_alloc(ad->arq_pool, gfp_mask);
1588
1589         if (arq) {
1590                 memset(arq, 0, sizeof(*arq));
1591                 RB_CLEAR_NODE(&arq->rb_node);
1592                 arq->request = rq;
1593                 arq->state = AS_RQ_PRESCHED;
1594                 arq->io_context = NULL;
1595                 INIT_HLIST_NODE(&arq->hash);
1596                 INIT_LIST_HEAD(&arq->fifo);
1597                 rq->elevator_private = arq;
1598                 return 0;
1599         }
1600
1601         return 1;
1602 }
1603
1604 static int as_may_queue(request_queue_t *q, int rw, struct bio *bio)
1605 {
1606         int ret = ELV_MQUEUE_MAY;
1607         struct as_data *ad = q->elevator->elevator_data;
1608         struct io_context *ioc;
1609         if (ad->antic_status == ANTIC_WAIT_REQ ||
1610                         ad->antic_status == ANTIC_WAIT_NEXT) {
1611                 ioc = as_get_io_context();
1612                 if (ad->io_context == ioc)
1613                         ret = ELV_MQUEUE_MUST;
1614                 put_io_context(ioc);
1615         }
1616
1617         return ret;
1618 }
1619
1620 static void as_exit_queue(elevator_t *e)
1621 {
1622         struct as_data *ad = e->elevator_data;
1623
1624         del_timer_sync(&ad->antic_timer);
1625         kblockd_flush();
1626
1627         BUG_ON(!list_empty(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]));
1628         BUG_ON(!list_empty(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC]));
1629
1630         mempool_destroy(ad->arq_pool);
1631         put_io_context(ad->io_context);
1632         kfree(ad->hash);
1633         kfree(ad);
1634 }
1635
1636 /*
1637  * initialize elevator private data (as_data), and alloc a arq for
1638  * each request on the free lists
1639  */
1640 static void *as_init_queue(request_queue_t *q, elevator_t *e)
1641 {
1642         struct as_data *ad;
1643         int i;
1644
1645         if (!arq_pool)
1646                 return NULL;
1647
1648         ad = kmalloc_node(sizeof(*ad), GFP_KERNEL, q->node);
1649         if (!ad)
1650                 return NULL;
1651         memset(ad, 0, sizeof(*ad));
1652
1653         ad->q = q; /* Identify what queue the data belongs to */
1654
1655         ad->hash = kmalloc_node(sizeof(struct hlist_head)*AS_HASH_ENTRIES,
1656                                 GFP_KERNEL, q->node);
1657         if (!ad->hash) {
1658                 kfree(ad);
1659                 return NULL;
1660         }
1661
1662         ad->arq_pool = mempool_create_node(BLKDEV_MIN_RQ, mempool_alloc_slab,
1663                                 mempool_free_slab, arq_pool, q->node);
1664         if (!ad->arq_pool) {
1665                 kfree(ad->hash);
1666                 kfree(ad);
1667                 return NULL;
1668         }
1669
1670         /* anticipatory scheduling helpers */
1671         ad->antic_timer.function = as_antic_timeout;
1672         ad->antic_timer.data = (unsigned long)q;
1673         init_timer(&ad->antic_timer);
1674         INIT_WORK(&ad->antic_work, as_work_handler, q);
1675
1676         for (i = 0; i < AS_HASH_ENTRIES; i++)
1677                 INIT_HLIST_HEAD(&ad->hash[i]);
1678
1679         INIT_LIST_HEAD(&ad->fifo_list[REQ_SYNC]);
1680         INIT_LIST_HEAD(&ad->fifo_list[REQ_ASYNC]);
1681         ad->sort_list[REQ_SYNC] = RB_ROOT;
1682         ad->sort_list[REQ_ASYNC] = RB_ROOT;
1683         ad->fifo_expire[REQ_SYNC] = default_read_expire;
1684         ad->fifo_expire[REQ_ASYNC] = default_write_expire;
1685         ad->antic_expire = default_antic_expire;
1686         ad->batch_expire[REQ_SYNC] = default_read_batch_expire;
1687         ad->batch_expire[REQ_ASYNC] = default_write_batch_expire;
1688
1689         ad->current_batch_expires = jiffies + ad->batch_expire[REQ_SYNC];
1690         ad->write_batch_count = ad->batch_expire[REQ_ASYNC] / 10;
1691         if (ad->write_batch_count < 2)
1692                 ad->write_batch_count = 2;
1693
1694         return ad;
1695 }
1696
1697 /*
1698  * sysfs parts below
1699  */
1700
1701 static ssize_t
1702 as_var_show(unsigned int var, char *page)
1703 {
1704         return sprintf(page, "%d\n", var);
1705 }
1706
1707 static ssize_t
1708 as_var_store(unsigned long *var, const char *page, size_t count)
1709 {
1710         char *p = (char *) page;
1711
1712         *var = simple_strtoul(p, &p, 10);
1713         return count;
1714 }
1715
1716 static ssize_t est_time_show(elevator_t *e, char *page)
1717 {
1718         struct as_data *ad = e->elevator_data;
1719         int pos = 0;
1720
1721         pos += sprintf(page+pos, "%lu %% exit probability\n",
1722                                 100*ad->exit_prob/256);
1723         pos += sprintf(page+pos, "%lu %% probability of exiting without a "
1724                                 "cooperating process submitting IO\n",
1725                                 100*ad->exit_no_coop/256);
1726         pos += sprintf(page+pos, "%lu ms new thinktime\n", ad->new_ttime_mean);
1727         pos += sprintf(page+pos, "%llu sectors new seek distance\n",
1728                                 (unsigned long long)ad->new_seek_mean);
1729
1730         return pos;
1731 }
1732
1733 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                            \
1734 static ssize_t __FUNC(elevator_t *e, char *page)                \
1735 {                                                               \
1736         struct as_data *ad = e->elevator_data;                  \
1737         return as_var_show(jiffies_to_msecs((__VAR)), (page));  \
1738 }
1739 SHOW_FUNCTION(as_read_expire_show, ad->fifo_expire[REQ_SYNC]);
1740 SHOW_FUNCTION(as_write_expire_show, ad->fifo_expire[REQ_ASYNC]);
1741 SHOW_FUNCTION(as_antic_expire_show, ad->antic_expire);
1742 SHOW_FUNCTION(as_read_batch_expire_show, ad->batch_expire[REQ_SYNC]);
1743 SHOW_FUNCTION(as_write_batch_expire_show, ad->batch_expire[REQ_ASYNC]);
1744 #undef SHOW_FUNCTION
1745
1746 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                         \
1747 static ssize_t __FUNC(elevator_t *e, const char *page, size_t count)    \
1748 {                                                                       \
1749         struct as_data *ad = e->elevator_data;                          \
1750         int ret = as_var_store(__PTR, (page), count);                   \
1751         if (*(__PTR) < (MIN))                                           \
1752                 *(__PTR) = (MIN);                                       \
1753         else if (*(__PTR) > (MAX))                                      \
1754                 *(__PTR) = (MAX);                                       \
1755         *(__PTR) = msecs_to_jiffies(*(__PTR));                          \
1756         return ret;                                                     \
1757 }
1758 STORE_FUNCTION(as_read_expire_store, &ad->fifo_expire[REQ_SYNC], 0, INT_MAX);
1759 STORE_FUNCTION(as_write_expire_store, &ad->fifo_expire[REQ_ASYNC], 0, INT_MAX);
1760 STORE_FUNCTION(as_antic_expire_store, &ad->antic_expire, 0, INT_MAX);
1761 STORE_FUNCTION(as_read_batch_expire_store,
1762                         &ad->batch_expire[REQ_SYNC], 0, INT_MAX);
1763 STORE_FUNCTION(as_write_batch_expire_store,
1764                         &ad->batch_expire[REQ_ASYNC], 0, INT_MAX);
1765 #undef STORE_FUNCTION
1766
1767 #define AS_ATTR(name) \
1768         __ATTR(name, S_IRUGO|S_IWUSR, as_##name##_show, as_##name##_store)
1769
1770 static struct elv_fs_entry as_attrs[] = {
1771         __ATTR_RO(est_time),
1772         AS_ATTR(read_expire),
1773         AS_ATTR(write_expire),
1774         AS_ATTR(antic_expire),
1775         AS_ATTR(read_batch_expire),
1776         AS_ATTR(write_batch_expire),
1777         __ATTR_NULL
1778 };
1779
1780 static struct elevator_type iosched_as = {
1781         .ops = {
1782                 .elevator_merge_fn =            as_merge,
1783                 .elevator_merged_fn =           as_merged_request,
1784                 .elevator_merge_req_fn =        as_merged_requests,
1785                 .elevator_dispatch_fn =         as_dispatch_request,
1786                 .elevator_add_req_fn =          as_add_request,
1787                 .elevator_activate_req_fn =     as_activate_request,
1788                 .elevator_deactivate_req_fn =   as_deactivate_request,
1789                 .elevator_queue_empty_fn =      as_queue_empty,
1790                 .elevator_completed_req_fn =    as_completed_request,
1791                 .elevator_former_req_fn =       as_former_request,
1792                 .elevator_latter_req_fn =       as_latter_request,
1793                 .elevator_set_req_fn =          as_set_request,
1794                 .elevator_put_req_fn =          as_put_request,
1795                 .elevator_may_queue_fn =        as_may_queue,
1796                 .elevator_init_fn =             as_init_queue,
1797                 .elevator_exit_fn =             as_exit_queue,
1798                 .trim =                         as_trim,
1799         },
1800
1801         .elevator_attrs = as_attrs,
1802         .elevator_name = "anticipatory",
1803         .elevator_owner = THIS_MODULE,
1804 };
1805
1806 static int __init as_init(void)
1807 {
1808         int ret;
1809
1810         arq_pool = kmem_cache_create("as_arq", sizeof(struct as_rq),
1811                                      0, 0, NULL, NULL);
1812         if (!arq_pool)
1813                 return -ENOMEM;
1814
1815         ret = elv_register(&iosched_as);
1816         if (!ret) {
1817                 /*
1818                  * don't allow AS to get unregistered, since we would have
1819                  * to browse all tasks in the system and release their
1820                  * as_io_context first
1821                  */
1822                 __module_get(THIS_MODULE);
1823                 return 0;
1824         }
1825
1826         kmem_cache_destroy(arq_pool);
1827         return ret;
1828 }
1829
1830 static void __exit as_exit(void)
1831 {
1832         DECLARE_COMPLETION(all_gone);
1833         elv_unregister(&iosched_as);
1834         ioc_gone = &all_gone;
1835         /* ioc_gone's update must be visible before reading ioc_count */
1836         smp_wmb();
1837         if (atomic_read(&ioc_count))
1838                 wait_for_completion(ioc_gone);
1839         synchronize_rcu();
1840         kmem_cache_destroy(arq_pool);
1841 }
1842
1843 module_init(as_init);
1844 module_exit(as_exit);
1845
1846 MODULE_AUTHOR("Nick Piggin");
1847 MODULE_LICENSE("GPL");
1848 MODULE_DESCRIPTION("anticipatory IO scheduler");