]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - block/blk-flush.c
block: cleanup kick/queued handling
[linux.git] / block / blk-flush.c
1 /*
2  * Functions to sequence PREFLUSH and FUA writes.
3  *
4  * Copyright (C) 2011           Max Planck Institute for Gravitational Physics
5  * Copyright (C) 2011           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * REQ_{PREFLUSH|FUA} requests are decomposed to sequences consisted of three
10  * optional steps - PREFLUSH, DATA and POSTFLUSH - according to the request
11  * properties and hardware capability.
12  *
13  * If a request doesn't have data, only REQ_PREFLUSH makes sense, which
14  * indicates a simple flush request.  If there is data, REQ_PREFLUSH indicates
15  * that the device cache should be flushed before the data is executed, and
16  * REQ_FUA means that the data must be on non-volatile media on request
17  * completion.
18  *
19  * If the device doesn't have writeback cache, PREFLUSH and FUA don't make any
20  * difference.  The requests are either completed immediately if there's no data
21  * or executed as normal requests otherwise.
22  *
23  * If the device has writeback cache and supports FUA, REQ_PREFLUSH is
24  * translated to PREFLUSH but REQ_FUA is passed down directly with DATA.
25  *
26  * If the device has writeback cache and doesn't support FUA, REQ_PREFLUSH
27  * is translated to PREFLUSH and REQ_FUA to POSTFLUSH.
28  *
29  * The actual execution of flush is double buffered.  Whenever a request
30  * needs to execute PRE or POSTFLUSH, it queues at
31  * fq->flush_queue[fq->flush_pending_idx].  Once certain criteria are met, a
32  * REQ_OP_FLUSH is issued and the pending_idx is toggled.  When the flush
33  * completes, all the requests which were pending are proceeded to the next
34  * step.  This allows arbitrary merging of different types of PREFLUSH/FUA
35  * requests.
36  *
37  * Currently, the following conditions are used to determine when to issue
38  * flush.
39  *
40  * C1. At any given time, only one flush shall be in progress.  This makes
41  *     double buffering sufficient.
42  *
43  * C2. Flush is deferred if any request is executing DATA of its sequence.
44  *     This avoids issuing separate POSTFLUSHes for requests which shared
45  *     PREFLUSH.
46  *
47  * C3. The second condition is ignored if there is a request which has
48  *     waited longer than FLUSH_PENDING_TIMEOUT.  This is to avoid
49  *     starvation in the unlikely case where there are continuous stream of
50  *     FUA (without PREFLUSH) requests.
51  *
52  * For devices which support FUA, it isn't clear whether C2 (and thus C3)
53  * is beneficial.
54  *
55  * Note that a sequenced PREFLUSH/FUA request with DATA is completed twice.
56  * Once while executing DATA and again after the whole sequence is
57  * complete.  The first completion updates the contained bio but doesn't
58  * finish it so that the bio submitter is notified only after the whole
59  * sequence is complete.  This is implemented by testing RQF_FLUSH_SEQ in
60  * req_bio_endio().
61  *
62  * The above peculiarity requires that each PREFLUSH/FUA request has only one
63  * bio attached to it, which is guaranteed as they aren't allowed to be
64  * merged in the usual way.
65  */
66
67 #include <linux/kernel.h>
68 #include <linux/module.h>
69 #include <linux/bio.h>
70 #include <linux/blkdev.h>
71 #include <linux/gfp.h>
72 #include <linux/blk-mq.h>
73
74 #include "blk.h"
75 #include "blk-mq.h"
76 #include "blk-mq-tag.h"
77 #include "blk-mq-sched.h"
78
79 /* PREFLUSH/FUA sequences */
80 enum {
81         REQ_FSEQ_PREFLUSH       = (1 << 0), /* pre-flushing in progress */
82         REQ_FSEQ_DATA           = (1 << 1), /* data write in progress */
83         REQ_FSEQ_POSTFLUSH      = (1 << 2), /* post-flushing in progress */
84         REQ_FSEQ_DONE           = (1 << 3),
85
86         REQ_FSEQ_ACTIONS        = REQ_FSEQ_PREFLUSH | REQ_FSEQ_DATA |
87                                   REQ_FSEQ_POSTFLUSH,
88
89         /*
90          * If flush has been pending longer than the following timeout,
91          * it's issued even if flush_data requests are still in flight.
92          */
93         FLUSH_PENDING_TIMEOUT   = 5 * HZ,
94 };
95
96 static void blk_kick_flush(struct request_queue *q,
97                            struct blk_flush_queue *fq, unsigned int flags);
98
99 static unsigned int blk_flush_policy(unsigned long fflags, struct request *rq)
100 {
101         unsigned int policy = 0;
102
103         if (blk_rq_sectors(rq))
104                 policy |= REQ_FSEQ_DATA;
105
106         if (fflags & (1UL << QUEUE_FLAG_WC)) {
107                 if (rq->cmd_flags & REQ_PREFLUSH)
108                         policy |= REQ_FSEQ_PREFLUSH;
109                 if (!(fflags & (1UL << QUEUE_FLAG_FUA)) &&
110                     (rq->cmd_flags & REQ_FUA))
111                         policy |= REQ_FSEQ_POSTFLUSH;
112         }
113         return policy;
114 }
115
116 static unsigned int blk_flush_cur_seq(struct request *rq)
117 {
118         return 1 << ffz(rq->flush.seq);
119 }
120
121 static void blk_flush_restore_request(struct request *rq)
122 {
123         /*
124          * After flush data completion, @rq->bio is %NULL but we need to
125          * complete the bio again.  @rq->biotail is guaranteed to equal the
126          * original @rq->bio.  Restore it.
127          */
128         rq->bio = rq->biotail;
129
130         /* make @rq a normal request */
131         rq->rq_flags &= ~RQF_FLUSH_SEQ;
132         rq->end_io = rq->flush.saved_end_io;
133 }
134
135 static void blk_flush_queue_rq(struct request *rq, bool add_front)
136 {
137         blk_mq_add_to_requeue_list(rq, add_front, true);
138 }
139
140 /**
141  * blk_flush_complete_seq - complete flush sequence
142  * @rq: PREFLUSH/FUA request being sequenced
143  * @fq: flush queue
144  * @seq: sequences to complete (mask of %REQ_FSEQ_*, can be zero)
145  * @error: whether an error occurred
146  *
147  * @rq just completed @seq part of its flush sequence, record the
148  * completion and trigger the next step.
149  *
150  * CONTEXT:
151  * spin_lock_irq(q->queue_lock or fq->mq_flush_lock)
152  *
153  * RETURNS:
154  * %true if requests were added to the dispatch queue, %false otherwise.
155  */
156 static void blk_flush_complete_seq(struct request *rq,
157                                    struct blk_flush_queue *fq,
158                                    unsigned int seq, blk_status_t error)
159 {
160         struct request_queue *q = rq->q;
161         struct list_head *pending = &fq->flush_queue[fq->flush_pending_idx];
162         unsigned int cmd_flags;
163
164         BUG_ON(rq->flush.seq & seq);
165         rq->flush.seq |= seq;
166         cmd_flags = rq->cmd_flags;
167
168         if (likely(!error))
169                 seq = blk_flush_cur_seq(rq);
170         else
171                 seq = REQ_FSEQ_DONE;
172
173         switch (seq) {
174         case REQ_FSEQ_PREFLUSH:
175         case REQ_FSEQ_POSTFLUSH:
176                 /* queue for flush */
177                 if (list_empty(pending))
178                         fq->flush_pending_since = jiffies;
179                 list_move_tail(&rq->flush.list, pending);
180                 break;
181
182         case REQ_FSEQ_DATA:
183                 list_move_tail(&rq->flush.list, &fq->flush_data_in_flight);
184                 blk_flush_queue_rq(rq, true);
185                 break;
186
187         case REQ_FSEQ_DONE:
188                 /*
189                  * @rq was previously adjusted by blk_flush_issue() for
190                  * flush sequencing and may already have gone through the
191                  * flush data request completion path.  Restore @rq for
192                  * normal completion and end it.
193                  */
194                 BUG_ON(!list_empty(&rq->queuelist));
195                 list_del_init(&rq->flush.list);
196                 blk_flush_restore_request(rq);
197                 blk_mq_end_request(rq, error);
198                 break;
199
200         default:
201                 BUG();
202         }
203
204         blk_kick_flush(q, fq, cmd_flags);
205 }
206
207 static void flush_end_io(struct request *flush_rq, blk_status_t error)
208 {
209         struct request_queue *q = flush_rq->q;
210         struct list_head *running;
211         struct request *rq, *n;
212         unsigned long flags = 0;
213         struct blk_flush_queue *fq = blk_get_flush_queue(q, flush_rq->mq_ctx);
214         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
215
216         /* release the tag's ownership to the req cloned from */
217         spin_lock_irqsave(&fq->mq_flush_lock, flags);
218         hctx = blk_mq_map_queue(q, flush_rq->mq_ctx->cpu);
219         if (!q->elevator) {
220                 blk_mq_tag_set_rq(hctx, flush_rq->tag, fq->orig_rq);
221                 flush_rq->tag = -1;
222         } else {
223                 blk_mq_put_driver_tag_hctx(hctx, flush_rq);
224                 flush_rq->internal_tag = -1;
225         }
226
227         running = &fq->flush_queue[fq->flush_running_idx];
228         BUG_ON(fq->flush_pending_idx == fq->flush_running_idx);
229
230         /* account completion of the flush request */
231         fq->flush_running_idx ^= 1;
232
233         /* and push the waiting requests to the next stage */
234         list_for_each_entry_safe(rq, n, running, flush.list) {
235                 unsigned int seq = blk_flush_cur_seq(rq);
236
237                 BUG_ON(seq != REQ_FSEQ_PREFLUSH && seq != REQ_FSEQ_POSTFLUSH);
238                 blk_flush_complete_seq(rq, fq, seq, error);
239         }
240
241         fq->flush_queue_delayed = 0;
242         spin_unlock_irqrestore(&fq->mq_flush_lock, flags);
243 }
244
245 /**
246  * blk_kick_flush - consider issuing flush request
247  * @q: request_queue being kicked
248  * @fq: flush queue
249  * @flags: cmd_flags of the original request
250  *
251  * Flush related states of @q have changed, consider issuing flush request.
252  * Please read the comment at the top of this file for more info.
253  *
254  * CONTEXT:
255  * spin_lock_irq(q->queue_lock or fq->mq_flush_lock)
256  *
257  */
258 static void blk_kick_flush(struct request_queue *q, struct blk_flush_queue *fq,
259                            unsigned int flags)
260 {
261         struct list_head *pending = &fq->flush_queue[fq->flush_pending_idx];
262         struct request *first_rq =
263                 list_first_entry(pending, struct request, flush.list);
264         struct request *flush_rq = fq->flush_rq;
265         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
266
267         /* C1 described at the top of this file */
268         if (fq->flush_pending_idx != fq->flush_running_idx || list_empty(pending))
269                 return;
270
271         /* C2 and C3
272          *
273          * For blk-mq + scheduling, we can risk having all driver tags
274          * assigned to empty flushes, and we deadlock if we are expecting
275          * other requests to make progress. Don't defer for that case.
276          */
277         if (!list_empty(&fq->flush_data_in_flight) &&
278             !(q->mq_ops && q->elevator) &&
279             time_before(jiffies,
280                         fq->flush_pending_since + FLUSH_PENDING_TIMEOUT))
281                 return;
282
283         /*
284          * Issue flush and toggle pending_idx.  This makes pending_idx
285          * different from running_idx, which means flush is in flight.
286          */
287         fq->flush_pending_idx ^= 1;
288
289         blk_rq_init(q, flush_rq);
290
291         /*
292          * In case of none scheduler, borrow tag from the first request
293          * since they can't be in flight at the same time. And acquire
294          * the tag's ownership for flush req.
295          *
296          * In case of IO scheduler, flush rq need to borrow scheduler tag
297          * just for cheating put/get driver tag.
298          */
299         flush_rq->mq_ctx = first_rq->mq_ctx;
300
301         if (!q->elevator) {
302                 fq->orig_rq = first_rq;
303                 flush_rq->tag = first_rq->tag;
304                 hctx = blk_mq_map_queue(q, first_rq->mq_ctx->cpu);
305                 blk_mq_tag_set_rq(hctx, first_rq->tag, flush_rq);
306         } else {
307                 flush_rq->internal_tag = first_rq->internal_tag;
308         }
309
310         flush_rq->cmd_flags = REQ_OP_FLUSH | REQ_PREFLUSH;
311         flush_rq->cmd_flags |= (flags & REQ_DRV) | (flags & REQ_FAILFAST_MASK);
312         flush_rq->rq_flags |= RQF_FLUSH_SEQ;
313         flush_rq->rq_disk = first_rq->rq_disk;
314         flush_rq->end_io = flush_end_io;
315
316         blk_flush_queue_rq(flush_rq, false);
317 }
318
319 static void mq_flush_data_end_io(struct request *rq, blk_status_t error)
320 {
321         struct request_queue *q = rq->q;
322         struct blk_mq_hw_ctx *hctx;
323         struct blk_mq_ctx *ctx = rq->mq_ctx;
324         unsigned long flags;
325         struct blk_flush_queue *fq = blk_get_flush_queue(q, ctx);
326
327         hctx = blk_mq_map_queue(q, ctx->cpu);
328
329         if (q->elevator) {
330                 WARN_ON(rq->tag < 0);
331                 blk_mq_put_driver_tag_hctx(hctx, rq);
332         }
333
334         /*
335          * After populating an empty queue, kick it to avoid stall.  Read
336          * the comment in flush_end_io().
337          */
338         spin_lock_irqsave(&fq->mq_flush_lock, flags);
339         blk_flush_complete_seq(rq, fq, REQ_FSEQ_DATA, error);
340         spin_unlock_irqrestore(&fq->mq_flush_lock, flags);
341
342         blk_mq_run_hw_queue(hctx, true);
343 }
344
345 /**
346  * blk_insert_flush - insert a new PREFLUSH/FUA request
347  * @rq: request to insert
348  *
349  * To be called from __elv_add_request() for %ELEVATOR_INSERT_FLUSH insertions.
350  * or __blk_mq_run_hw_queue() to dispatch request.
351  * @rq is being submitted.  Analyze what needs to be done and put it on the
352  * right queue.
353  */
354 void blk_insert_flush(struct request *rq)
355 {
356         struct request_queue *q = rq->q;
357         unsigned long fflags = q->queue_flags;  /* may change, cache */
358         unsigned int policy = blk_flush_policy(fflags, rq);
359         struct blk_flush_queue *fq = blk_get_flush_queue(q, rq->mq_ctx);
360
361         /*
362          * @policy now records what operations need to be done.  Adjust
363          * REQ_PREFLUSH and FUA for the driver.
364          */
365         rq->cmd_flags &= ~REQ_PREFLUSH;
366         if (!(fflags & (1UL << QUEUE_FLAG_FUA)))
367                 rq->cmd_flags &= ~REQ_FUA;
368
369         /*
370          * REQ_PREFLUSH|REQ_FUA implies REQ_SYNC, so if we clear any
371          * of those flags, we have to set REQ_SYNC to avoid skewing
372          * the request accounting.
373          */
374         rq->cmd_flags |= REQ_SYNC;
375
376         /*
377          * An empty flush handed down from a stacking driver may
378          * translate into nothing if the underlying device does not
379          * advertise a write-back cache.  In this case, simply
380          * complete the request.
381          */
382         if (!policy) {
383                 blk_mq_end_request(rq, 0);
384                 return;
385         }
386
387         BUG_ON(rq->bio != rq->biotail); /*assumes zero or single bio rq */
388
389         /*
390          * If there's data but flush is not necessary, the request can be
391          * processed directly without going through flush machinery.  Queue
392          * for normal execution.
393          */
394         if ((policy & REQ_FSEQ_DATA) &&
395             !(policy & (REQ_FSEQ_PREFLUSH | REQ_FSEQ_POSTFLUSH))) {
396                 blk_mq_request_bypass_insert(rq, false);
397                 return;
398         }
399
400         /*
401          * @rq should go through flush machinery.  Mark it part of flush
402          * sequence and submit for further processing.
403          */
404         memset(&rq->flush, 0, sizeof(rq->flush));
405         INIT_LIST_HEAD(&rq->flush.list);
406         rq->rq_flags |= RQF_FLUSH_SEQ;
407         rq->flush.saved_end_io = rq->end_io; /* Usually NULL */
408
409         rq->end_io = mq_flush_data_end_io;
410
411         spin_lock_irq(&fq->mq_flush_lock);
412         blk_flush_complete_seq(rq, fq, REQ_FSEQ_ACTIONS & ~policy, 0);
413         spin_unlock_irq(&fq->mq_flush_lock);
414 }
415
416 /**
417  * blkdev_issue_flush - queue a flush
418  * @bdev:       blockdev to issue flush for
419  * @gfp_mask:   memory allocation flags (for bio_alloc)
420  * @error_sector:       error sector
421  *
422  * Description:
423  *    Issue a flush for the block device in question. Caller can supply
424  *    room for storing the error offset in case of a flush error, if they
425  *    wish to.
426  */
427 int blkdev_issue_flush(struct block_device *bdev, gfp_t gfp_mask,
428                 sector_t *error_sector)
429 {
430         struct request_queue *q;
431         struct bio *bio;
432         int ret = 0;
433
434         if (bdev->bd_disk == NULL)
435                 return -ENXIO;
436
437         q = bdev_get_queue(bdev);
438         if (!q)
439                 return -ENXIO;
440
441         /*
442          * some block devices may not have their queue correctly set up here
443          * (e.g. loop device without a backing file) and so issuing a flush
444          * here will panic. Ensure there is a request function before issuing
445          * the flush.
446          */
447         if (!q->make_request_fn)
448                 return -ENXIO;
449
450         bio = bio_alloc(gfp_mask, 0);
451         bio_set_dev(bio, bdev);
452         bio->bi_opf = REQ_OP_WRITE | REQ_PREFLUSH;
453
454         ret = submit_bio_wait(bio);
455
456         /*
457          * The driver must store the error location in ->bi_sector, if
458          * it supports it. For non-stacked drivers, this should be
459          * copied from blk_rq_pos(rq).
460          */
461         if (error_sector)
462                 *error_sector = bio->bi_iter.bi_sector;
463
464         bio_put(bio);
465         return ret;
466 }
467 EXPORT_SYMBOL(blkdev_issue_flush);
468
469 struct blk_flush_queue *blk_alloc_flush_queue(struct request_queue *q,
470                 int node, int cmd_size, gfp_t flags)
471 {
472         struct blk_flush_queue *fq;
473         int rq_sz = sizeof(struct request);
474
475         fq = kzalloc_node(sizeof(*fq), flags, node);
476         if (!fq)
477                 goto fail;
478
479         spin_lock_init(&fq->mq_flush_lock);
480
481         rq_sz = round_up(rq_sz + cmd_size, cache_line_size());
482         fq->flush_rq = kzalloc_node(rq_sz, flags, node);
483         if (!fq->flush_rq)
484                 goto fail_rq;
485
486         INIT_LIST_HEAD(&fq->flush_queue[0]);
487         INIT_LIST_HEAD(&fq->flush_queue[1]);
488         INIT_LIST_HEAD(&fq->flush_data_in_flight);
489
490         return fq;
491
492  fail_rq:
493         kfree(fq);
494  fail:
495         return NULL;
496 }
497
498 void blk_free_flush_queue(struct blk_flush_queue *fq)
499 {
500         /* bio based request queue hasn't flush queue */
501         if (!fq)
502                 return;
503
504         kfree(fq->flush_rq);
505         kfree(fq);
506 }