]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/cam/cam_iosched.c
powerpc: Prevent infinite loop in moea_sync_icache()
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / cam / cam_iosched.c
1 /*-
2  * CAM IO Scheduler Interface
3  *
4  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
5  *
6  * Copyright (c) 2015 Netflix, Inc.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions, and the following disclaimer,
13  *    without modification, immediately at the beginning of the file.
14  * 2. The name of the author may not be used to endorse or promote products
15  *    derived from this software without specific prior written permission.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
18  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
19  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
20  * ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR
21  * ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
22  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
23  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
24  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
25  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
26  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
27  * SUCH DAMAGE.
28  *
29  * $FreeBSD$
30  */
31
32 #include "opt_cam.h"
33 #include "opt_ddb.h"
34
35 #include <sys/cdefs.h>
36 __FBSDID("$FreeBSD$");
37
38 #include <sys/param.h>
39
40 #include <sys/systm.h>
41 #include <sys/kernel.h>
42 #include <sys/bio.h>
43 #include <sys/lock.h>
44 #include <sys/malloc.h>
45 #include <sys/mutex.h>
46 #include <sys/sbuf.h>
47 #include <sys/sysctl.h>
48
49 #include <cam/cam.h>
50 #include <cam/cam_ccb.h>
51 #include <cam/cam_periph.h>
52 #include <cam/cam_xpt_periph.h>
53 #include <cam/cam_xpt_internal.h>
54 #include <cam/cam_iosched.h>
55
56 #include <ddb/ddb.h>
57
58 static MALLOC_DEFINE(M_CAMSCHED, "CAM I/O Scheduler",
59     "CAM I/O Scheduler buffers");
60
61 /*
62  * Default I/O scheduler for FreeBSD. This implementation is just a thin-vineer
63  * over the bioq_* interface, with notions of separate calls for normal I/O and
64  * for trims.
65  *
66  * When CAM_IOSCHED_DYNAMIC is defined, the scheduler is enhanced to dynamically
67  * steer the rate of one type of traffic to help other types of traffic (eg
68  * limit writes when read latency deteriorates on SSDs).
69  */
70
71 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
72
73 static int do_dynamic_iosched = 1;
74 TUNABLE_INT("kern.cam.do_dynamic_iosched", &do_dynamic_iosched);
75 SYSCTL_INT(_kern_cam, OID_AUTO, do_dynamic_iosched, CTLFLAG_RD,
76     &do_dynamic_iosched, 1,
77     "Enable Dynamic I/O scheduler optimizations.");
78
79 /*
80  * For an EMA, with an alpha of alpha, we know
81  *      alpha = 2 / (N + 1)
82  * or
83  *      N = 1 + (2 / alpha)
84  * where N is the number of samples that 86% of the current
85  * EMA is derived from.
86  *
87  * So we invent[*] alpha_bits:
88  *      alpha_bits = -log_2(alpha)
89  *      alpha = 2^-alpha_bits
90  * So
91  *      N = 1 + 2^(alpha_bits + 1)
92  *
93  * The default 9 gives a 1025 lookback for 86% of the data.
94  * For a brief intro: https://en.wikipedia.org/wiki/Moving_average
95  *
96  * [*] Steal from the load average code and many other places.
97  * Note: See computation of EMA and EMVAR for acceptable ranges of alpha.
98  */
99 static int alpha_bits = 9;
100 TUNABLE_INT("kern.cam.iosched_alpha_bits", &alpha_bits);
101 SYSCTL_INT(_kern_cam, OID_AUTO, iosched_alpha_bits, CTLFLAG_RW,
102     &alpha_bits, 1,
103     "Bits in EMA's alpha.");
104
105 struct iop_stats;
106 struct cam_iosched_softc;
107
108 int iosched_debug = 0;
109
110 typedef enum {
111         none = 0,                               /* No limits */
112         queue_depth,                    /* Limit how many ops we queue to SIM */
113         iops,                           /* Limit # of IOPS to the drive */
114         bandwidth,                      /* Limit bandwidth to the drive */
115         limiter_max
116 } io_limiter;
117
118 static const char *cam_iosched_limiter_names[] =
119     { "none", "queue_depth", "iops", "bandwidth" };
120
121 /*
122  * Called to initialize the bits of the iop_stats structure relevant to the
123  * limiter. Called just after the limiter is set.
124  */
125 typedef int l_init_t(struct iop_stats *);
126
127 /*
128  * Called every tick.
129  */
130 typedef int l_tick_t(struct iop_stats *);
131
132 /*
133  * Called to see if the limiter thinks this IOP can be allowed to
134  * proceed. If so, the limiter assumes that the IOP proceeded
135  * and makes any accounting of it that's needed.
136  */
137 typedef int l_iop_t(struct iop_stats *, struct bio *);
138
139 /*
140  * Called when an I/O completes so the limiter can update its
141  * accounting. Pending I/Os may complete in any order (even when
142  * sent to the hardware at the same time), so the limiter may not
143  * make any assumptions other than this I/O has completed. If it
144  * returns 1, then xpt_schedule() needs to be called again.
145  */
146 typedef int l_iodone_t(struct iop_stats *, struct bio *);
147
148 static l_iop_t cam_iosched_qd_iop;
149 static l_iop_t cam_iosched_qd_caniop;
150 static l_iodone_t cam_iosched_qd_iodone;
151
152 static l_init_t cam_iosched_iops_init;
153 static l_tick_t cam_iosched_iops_tick;
154 static l_iop_t cam_iosched_iops_caniop;
155 static l_iop_t cam_iosched_iops_iop;
156
157 static l_init_t cam_iosched_bw_init;
158 static l_tick_t cam_iosched_bw_tick;
159 static l_iop_t cam_iosched_bw_caniop;
160 static l_iop_t cam_iosched_bw_iop;
161
162 struct limswitch {
163         l_init_t        *l_init;
164         l_tick_t        *l_tick;
165         l_iop_t         *l_iop;
166         l_iop_t         *l_caniop;
167         l_iodone_t      *l_iodone;
168 } limsw[] =
169 {
170         {       /* none */
171                 .l_init = NULL,
172                 .l_tick = NULL,
173                 .l_iop = NULL,
174                 .l_iodone= NULL,
175         },
176         {       /* queue_depth */
177                 .l_init = NULL,
178                 .l_tick = NULL,
179                 .l_caniop = cam_iosched_qd_caniop,
180                 .l_iop = cam_iosched_qd_iop,
181                 .l_iodone= cam_iosched_qd_iodone,
182         },
183         {       /* iops */
184                 .l_init = cam_iosched_iops_init,
185                 .l_tick = cam_iosched_iops_tick,
186                 .l_caniop = cam_iosched_iops_caniop,
187                 .l_iop = cam_iosched_iops_iop,
188                 .l_iodone= NULL,
189         },
190         {       /* bandwidth */
191                 .l_init = cam_iosched_bw_init,
192                 .l_tick = cam_iosched_bw_tick,
193                 .l_caniop = cam_iosched_bw_caniop,
194                 .l_iop = cam_iosched_bw_iop,
195                 .l_iodone= NULL,
196         },
197 };
198
199 struct iop_stats {
200         /*
201          * sysctl state for this subnode.
202          */
203         struct sysctl_ctx_list  sysctl_ctx;
204         struct sysctl_oid       *sysctl_tree;
205
206         /*
207          * Information about the current rate limiters, if any
208          */
209         io_limiter      limiter;        /* How are I/Os being limited */
210         int             min;            /* Low range of limit */
211         int             max;            /* High range of limit */
212         int             current;        /* Current rate limiter */
213         int             l_value1;       /* per-limiter scratch value 1. */
214         int             l_value2;       /* per-limiter scratch value 2. */
215
216         /*
217          * Debug information about counts of I/Os that have gone through the
218          * scheduler.
219          */
220         int             pending;        /* I/Os pending in the hardware */
221         int             queued;         /* number currently in the queue */
222         int             total;          /* Total for all time -- wraps */
223         int             in;             /* number queued all time -- wraps */
224         int             out;            /* number completed all time -- wraps */
225         int             errs;           /* Number of I/Os completed with error --  wraps */
226
227         /*
228          * Statistics on different bits of the process.
229          */
230                 /* Exp Moving Average, see alpha_bits for more details */
231         sbintime_t      ema;
232         sbintime_t      emvar;
233         sbintime_t      sd;             /* Last computed sd */
234
235         uint32_t        state_flags;
236 #define IOP_RATE_LIMITED                1u
237
238 #define LAT_BUCKETS 15                  /* < 1ms < 2ms ... < 2^(n-1)ms >= 2^(n-1)ms*/
239         uint64_t        latencies[LAT_BUCKETS];
240
241         struct cam_iosched_softc *softc;
242 };
243
244
245 typedef enum {
246         set_max = 0,                    /* current = max */
247         read_latency,                   /* Steer read latency by throttling writes */
248         cl_max                          /* Keep last */
249 } control_type;
250
251 static const char *cam_iosched_control_type_names[] =
252     { "set_max", "read_latency" };
253
254 struct control_loop {
255         /*
256          * sysctl state for this subnode.
257          */
258         struct sysctl_ctx_list  sysctl_ctx;
259         struct sysctl_oid       *sysctl_tree;
260
261         sbintime_t      next_steer;             /* Time of next steer */
262         sbintime_t      steer_interval;         /* How often do we steer? */
263         sbintime_t      lolat;
264         sbintime_t      hilat;
265         int             alpha;
266         control_type    type;                   /* What type of control? */
267         int             last_count;             /* Last I/O count */
268
269         struct cam_iosched_softc *softc;
270 };
271
272 #endif
273
274 struct cam_iosched_softc {
275         struct bio_queue_head bio_queue;
276         struct bio_queue_head trim_queue;
277                                 /* scheduler flags < 16, user flags >= 16 */
278         uint32_t        flags;
279         int             sort_io_queue;
280         int             trim_goal;              /* # of trims to queue before sending */
281         int             trim_ticks;             /* Max ticks to hold trims */
282         int             last_trim_tick;         /* Last 'tick' time ld a trim */
283         int             queued_trims;           /* Number of trims in the queue */
284 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
285         int             read_bias;              /* Read bias setting */
286         int             current_read_bias;      /* Current read bias state */
287         int             total_ticks;
288         int             load;                   /* EMA of 'load average' of disk / 2^16 */
289
290         struct bio_queue_head write_queue;
291         struct iop_stats read_stats, write_stats, trim_stats;
292         struct sysctl_ctx_list  sysctl_ctx;
293         struct sysctl_oid       *sysctl_tree;
294
295         int             quanta;                 /* Number of quanta per second */
296         struct callout  ticker;                 /* Callout for our quota system */
297         struct cam_periph *periph;              /* cam periph associated with this device */
298         uint32_t        this_frac;              /* Fraction of a second (1024ths) for this tick */
299         sbintime_t      last_time;              /* Last time we ticked */
300         struct control_loop cl;
301         sbintime_t      max_lat;                /* when != 0, if iop latency > max_lat, call max_lat_fcn */
302         cam_iosched_latfcn_t    latfcn;
303         void            *latarg;
304 #endif
305 };
306
307 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
308 /*
309  * helper functions to call the limsw functions.
310  */
311 static int
312 cam_iosched_limiter_init(struct iop_stats *ios)
313 {
314         int lim = ios->limiter;
315
316         /* maybe this should be a kassert */
317         if (lim < none || lim >= limiter_max)
318                 return EINVAL;
319
320         if (limsw[lim].l_init)
321                 return limsw[lim].l_init(ios);
322
323         return 0;
324 }
325
326 static int
327 cam_iosched_limiter_tick(struct iop_stats *ios)
328 {
329         int lim = ios->limiter;
330
331         /* maybe this should be a kassert */
332         if (lim < none || lim >= limiter_max)
333                 return EINVAL;
334
335         if (limsw[lim].l_tick)
336                 return limsw[lim].l_tick(ios);
337
338         return 0;
339 }
340
341 static int
342 cam_iosched_limiter_iop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
343 {
344         int lim = ios->limiter;
345
346         /* maybe this should be a kassert */
347         if (lim < none || lim >= limiter_max)
348                 return EINVAL;
349
350         if (limsw[lim].l_iop)
351                 return limsw[lim].l_iop(ios, bp);
352
353         return 0;
354 }
355
356 static int
357 cam_iosched_limiter_caniop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
358 {
359         int lim = ios->limiter;
360
361         /* maybe this should be a kassert */
362         if (lim < none || lim >= limiter_max)
363                 return EINVAL;
364
365         if (limsw[lim].l_caniop)
366                 return limsw[lim].l_caniop(ios, bp);
367
368         return 0;
369 }
370
371 static int
372 cam_iosched_limiter_iodone(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
373 {
374         int lim = ios->limiter;
375
376         /* maybe this should be a kassert */
377         if (lim < none || lim >= limiter_max)
378                 return 0;
379
380         if (limsw[lim].l_iodone)
381                 return limsw[lim].l_iodone(ios, bp);
382
383         return 0;
384 }
385
386 /*
387  * Functions to implement the different kinds of limiters
388  */
389
390 static int
391 cam_iosched_qd_iop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
392 {
393
394         if (ios->current <= 0 || ios->pending < ios->current)
395                 return 0;
396
397         return EAGAIN;
398 }
399
400 static int
401 cam_iosched_qd_caniop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
402 {
403
404         if (ios->current <= 0 || ios->pending < ios->current)
405                 return 0;
406
407         return EAGAIN;
408 }
409
410 static int
411 cam_iosched_qd_iodone(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
412 {
413
414         if (ios->current <= 0 || ios->pending != ios->current)
415                 return 0;
416
417         return 1;
418 }
419
420 static int
421 cam_iosched_iops_init(struct iop_stats *ios)
422 {
423
424         ios->l_value1 = ios->current / ios->softc->quanta;
425         if (ios->l_value1 <= 0)
426                 ios->l_value1 = 1;
427         ios->l_value2 = 0;
428
429         return 0;
430 }
431
432 static int
433 cam_iosched_iops_tick(struct iop_stats *ios)
434 {
435         int new_ios;
436
437         /*
438          * Allow at least one IO per tick until all
439          * the IOs for this interval have been spent.
440          */
441         new_ios = (int)((ios->current * (uint64_t)ios->softc->this_frac) >> 16);
442         if (new_ios < 1 && ios->l_value2 < ios->current) {
443                 new_ios = 1;
444                 ios->l_value2++;
445         }
446
447         /*
448          * If this a new accounting interval, discard any "unspent" ios
449          * granted in the previous interval.  Otherwise add the new ios to
450          * the previously granted ones that haven't been spent yet.
451          */
452         if ((ios->softc->total_ticks % ios->softc->quanta) == 0) {
453                 ios->l_value1 = new_ios;
454                 ios->l_value2 = 1;
455         } else {
456                 ios->l_value1 += new_ios;
457         }
458
459
460         return 0;
461 }
462
463 static int
464 cam_iosched_iops_caniop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
465 {
466
467         /*
468          * So if we have any more IOPs left, allow it,
469          * otherwise wait. If current iops is 0, treat that
470          * as unlimited as a failsafe.
471          */
472         if (ios->current > 0 && ios->l_value1 <= 0)
473                 return EAGAIN;
474         return 0;
475 }
476
477 static int
478 cam_iosched_iops_iop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
479 {
480         int rv;
481
482         rv = cam_iosched_limiter_caniop(ios, bp);
483         if (rv == 0)
484                 ios->l_value1--;
485
486         return rv;
487 }
488
489 static int
490 cam_iosched_bw_init(struct iop_stats *ios)
491 {
492
493         /* ios->current is in kB/s, so scale to bytes */
494         ios->l_value1 = ios->current * 1000 / ios->softc->quanta;
495
496         return 0;
497 }
498
499 static int
500 cam_iosched_bw_tick(struct iop_stats *ios)
501 {
502         int bw;
503
504         /*
505          * If we're in the hole for available quota from
506          * the last time, then add the quantum for this.
507          * If we have any left over from last quantum,
508          * then too bad, that's lost. Also, ios->current
509          * is in kB/s, so scale.
510          *
511          * We also allow up to 4 quanta of credits to
512          * accumulate to deal with burstiness. 4 is extremely
513          * arbitrary.
514          */
515         bw = (int)((ios->current * 1000ull * (uint64_t)ios->softc->this_frac) >> 16);
516         if (ios->l_value1 < bw * 4)
517                 ios->l_value1 += bw;
518
519         return 0;
520 }
521
522 static int
523 cam_iosched_bw_caniop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
524 {
525         /*
526          * So if we have any more bw quota left, allow it,
527          * otherwise wait. Note, we'll go negative and that's
528          * OK. We'll just get a little less next quota.
529          *
530          * Note on going negative: that allows us to process
531          * requests in order better, since we won't allow
532          * shorter reads to get around the long one that we
533          * don't have the quota to do just yet. It also prevents
534          * starvation by being a little more permissive about
535          * what we let through this quantum (to prevent the
536          * starvation), at the cost of getting a little less
537          * next quantum.
538          *
539          * Also note that if the current limit is <= 0,
540          * we treat it as unlimited as a failsafe.
541          */
542         if (ios->current > 0 && ios->l_value1 <= 0)
543                 return EAGAIN;
544
545
546         return 0;
547 }
548
549 static int
550 cam_iosched_bw_iop(struct iop_stats *ios, struct bio *bp)
551 {
552         int rv;
553
554         rv = cam_iosched_limiter_caniop(ios, bp);
555         if (rv == 0)
556                 ios->l_value1 -= bp->bio_length;
557
558         return rv;
559 }
560
561 static void cam_iosched_cl_maybe_steer(struct control_loop *clp);
562
563 static void
564 cam_iosched_ticker(void *arg)
565 {
566         struct cam_iosched_softc *isc = arg;
567         sbintime_t now, delta;
568         int pending;
569
570         callout_reset(&isc->ticker, hz / isc->quanta, cam_iosched_ticker, isc);
571
572         now = sbinuptime();
573         delta = now - isc->last_time;
574         isc->this_frac = (uint32_t)delta >> 16;         /* Note: discards seconds -- should be 0 harmless if not */
575         isc->last_time = now;
576
577         cam_iosched_cl_maybe_steer(&isc->cl);
578
579         cam_iosched_limiter_tick(&isc->read_stats);
580         cam_iosched_limiter_tick(&isc->write_stats);
581         cam_iosched_limiter_tick(&isc->trim_stats);
582
583         cam_iosched_schedule(isc, isc->periph);
584
585         /*
586          * isc->load is an EMA of the pending I/Os at each tick. The number of
587          * pending I/Os is the sum of the I/Os queued to the hardware, and those
588          * in the software queue that could be queued to the hardware if there
589          * were slots.
590          *
591          * ios_stats.pending is a count of requests in the SIM right now for
592          * each of these types of I/O. So the total pending count is the sum of
593          * these I/Os and the sum of the queued I/Os still in the software queue
594          * for those operations that aren't being rate limited at the moment.
595          *
596          * The reason for the rate limiting bit is because those I/Os
597          * aren't part of the software queued load (since we could
598          * give them to hardware, but choose not to).
599          *
600          * Note: due to a bug in counting pending TRIM in the device, we
601          * don't include them in this count. We count each BIO_DELETE in
602          * the pending count, but the periph drivers collapse them down
603          * into one TRIM command. That one trim command gets the completion
604          * so the counts get off.
605          */
606         pending = isc->read_stats.pending + isc->write_stats.pending /* + isc->trim_stats.pending */;
607         pending += !!(isc->read_stats.state_flags & IOP_RATE_LIMITED) * isc->read_stats.queued +
608             !!(isc->write_stats.state_flags & IOP_RATE_LIMITED) * isc->write_stats.queued /* +
609             !!(isc->trim_stats.state_flags & IOP_RATE_LIMITED) * isc->trim_stats.queued */ ;
610         pending <<= 16;
611         pending /= isc->periph->path->device->ccbq.total_openings;
612
613         isc->load = (pending + (isc->load << 13) - isc->load) >> 13; /* see above: 13 -> 16139 / 200/s = ~81s ~1 minute */
614
615         isc->total_ticks++;
616 }
617
618
619 static void
620 cam_iosched_cl_init(struct control_loop *clp, struct cam_iosched_softc *isc)
621 {
622
623         clp->next_steer = sbinuptime();
624         clp->softc = isc;
625         clp->steer_interval = SBT_1S * 5;       /* Let's start out steering every 5s */
626         clp->lolat = 5 * SBT_1MS;
627         clp->hilat = 15 * SBT_1MS;
628         clp->alpha = 20;                        /* Alpha == gain. 20 = .2 */
629         clp->type = set_max;
630 }
631
632 static void
633 cam_iosched_cl_maybe_steer(struct control_loop *clp)
634 {
635         struct cam_iosched_softc *isc;
636         sbintime_t now, lat;
637         int old;
638
639         isc = clp->softc;
640         now = isc->last_time;
641         if (now < clp->next_steer)
642                 return;
643
644         clp->next_steer = now + clp->steer_interval;
645         switch (clp->type) {
646         case set_max:
647                 if (isc->write_stats.current != isc->write_stats.max)
648                         printf("Steering write from %d kBps to %d kBps\n",
649                             isc->write_stats.current, isc->write_stats.max);
650                 isc->read_stats.current = isc->read_stats.max;
651                 isc->write_stats.current = isc->write_stats.max;
652                 isc->trim_stats.current = isc->trim_stats.max;
653                 break;
654         case read_latency:
655                 old = isc->write_stats.current;
656                 lat = isc->read_stats.ema;
657                 /*
658                  * Simple PLL-like engine. Since we're steering to a range for
659                  * the SP (set point) that makes things a little more
660                  * complicated. In addition, we're not directly controlling our
661                  * PV (process variable), the read latency, but instead are
662                  * manipulating the write bandwidth limit for our MV
663                  * (manipulation variable), analysis of this code gets a bit
664                  * messy. Also, the MV is a very noisy control surface for read
665                  * latency since it is affected by many hidden processes inside
666                  * the device which change how responsive read latency will be
667                  * in reaction to changes in write bandwidth. Unlike the classic
668                  * boiler control PLL. this may result in over-steering while
669                  * the SSD takes its time to react to the new, lower load. This
670                  * is why we use a relatively low alpha of between .1 and .25 to
671                  * compensate for this effect. At .1, it takes ~22 steering
672                  * intervals to back off by a factor of 10. At .2 it only takes
673                  * ~10. At .25 it only takes ~8. However some preliminary data
674                  * from the SSD drives suggests a reasponse time in 10's of
675                  * seconds before latency drops regardless of the new write
676                  * rate. Careful observation will be required to tune this
677                  * effectively.
678                  *
679                  * Also, when there's no read traffic, we jack up the write
680                  * limit too regardless of the last read latency.  10 is
681                  * somewhat arbitrary.
682                  */
683                 if (lat < clp->lolat || isc->read_stats.total - clp->last_count < 10)
684                         isc->write_stats.current = isc->write_stats.current *
685                             (100 + clp->alpha) / 100;   /* Scale up */
686                 else if (lat > clp->hilat)
687                         isc->write_stats.current = isc->write_stats.current *
688                             (100 - clp->alpha) / 100;   /* Scale down */
689                 clp->last_count = isc->read_stats.total;
690
691                 /*
692                  * Even if we don't steer, per se, enforce the min/max limits as
693                  * those may have changed.
694                  */
695                 if (isc->write_stats.current < isc->write_stats.min)
696                         isc->write_stats.current = isc->write_stats.min;
697                 if (isc->write_stats.current > isc->write_stats.max)
698                         isc->write_stats.current = isc->write_stats.max;
699                 if (old != isc->write_stats.current &&  iosched_debug)
700                         printf("Steering write from %d kBps to %d kBps due to latency of %jdus\n",
701                             old, isc->write_stats.current,
702                             (uintmax_t)((uint64_t)1000000 * (uint32_t)lat) >> 32);
703                 break;
704         case cl_max:
705                 break;
706         }
707 }
708 #endif
709
710 /*
711  * Trim or similar currently pending completion. Should only be set for
712  * those drivers wishing only one Trim active at a time.
713  */
714 #define CAM_IOSCHED_FLAG_TRIM_ACTIVE    (1ul << 0)
715                         /* Callout active, and needs to be torn down */
716 #define CAM_IOSCHED_FLAG_CALLOUT_ACTIVE (1ul << 1)
717
718                         /* Periph drivers set these flags to indicate work */
719 #define CAM_IOSCHED_FLAG_WORK_FLAGS     ((0xffffu) << 16)
720
721 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
722 static void
723 cam_iosched_io_metric_update(struct cam_iosched_softc *isc,
724     sbintime_t sim_latency, int cmd, size_t size);
725 #endif
726
727 static inline bool
728 cam_iosched_has_flagged_work(struct cam_iosched_softc *isc)
729 {
730         return !!(isc->flags & CAM_IOSCHED_FLAG_WORK_FLAGS);
731 }
732
733 static inline bool
734 cam_iosched_has_io(struct cam_iosched_softc *isc)
735 {
736 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
737         if (do_dynamic_iosched) {
738                 struct bio *rbp = bioq_first(&isc->bio_queue);
739                 struct bio *wbp = bioq_first(&isc->write_queue);
740                 bool can_write = wbp != NULL &&
741                     cam_iosched_limiter_caniop(&isc->write_stats, wbp) == 0;
742                 bool can_read = rbp != NULL &&
743                     cam_iosched_limiter_caniop(&isc->read_stats, rbp) == 0;
744                 if (iosched_debug > 2) {
745                         printf("can write %d: pending_writes %d max_writes %d\n", can_write, isc->write_stats.pending, isc->write_stats.max);
746                         printf("can read %d: read_stats.pending %d max_reads %d\n", can_read, isc->read_stats.pending, isc->read_stats.max);
747                         printf("Queued reads %d writes %d\n", isc->read_stats.queued, isc->write_stats.queued);
748                 }
749                 return can_read || can_write;
750         }
751 #endif
752         return bioq_first(&isc->bio_queue) != NULL;
753 }
754
755 static inline bool
756 cam_iosched_has_more_trim(struct cam_iosched_softc *isc)
757 {
758         struct bio *bp;
759
760         bp = bioq_first(&isc->trim_queue);
761 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
762         if (do_dynamic_iosched) {
763                 /*
764                  * If we're limiting trims, then defer action on trims
765                  * for a bit.
766                  */
767                 if (bp == NULL || cam_iosched_limiter_caniop(&isc->trim_stats, bp) != 0)
768                         return false;
769         }
770 #endif
771
772         /*
773          * If we've set a trim_goal, then if we exceed that allow trims
774          * to be passed back to the driver. If we've also set a tick timeout
775          * allow trims back to the driver. Otherwise, don't allow trims yet.
776          */
777         if (isc->trim_goal > 0) {
778                 if (isc->queued_trims >= isc->trim_goal)
779                         return true;
780                 if (isc->queued_trims > 0 &&
781                     isc->trim_ticks > 0 &&
782                     ticks - isc->last_trim_tick > isc->trim_ticks)
783                         return true;
784                 return false;
785         }
786
787         /* NB: Should perhaps have a max trim active independent of I/O limiters */
788         return !(isc->flags & CAM_IOSCHED_FLAG_TRIM_ACTIVE) && bp != NULL;
789 }
790
791 #define cam_iosched_sort_queue(isc)     ((isc)->sort_io_queue >= 0 ?    \
792     (isc)->sort_io_queue : cam_sort_io_queues)
793
794
795 static inline bool
796 cam_iosched_has_work(struct cam_iosched_softc *isc)
797 {
798 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
799         if (iosched_debug > 2)
800                 printf("has work: %d %d %d\n", cam_iosched_has_io(isc),
801                     cam_iosched_has_more_trim(isc),
802                     cam_iosched_has_flagged_work(isc));
803 #endif
804
805         return cam_iosched_has_io(isc) ||
806                 cam_iosched_has_more_trim(isc) ||
807                 cam_iosched_has_flagged_work(isc);
808 }
809
810 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
811 static void
812 cam_iosched_iop_stats_init(struct cam_iosched_softc *isc, struct iop_stats *ios)
813 {
814
815         ios->limiter = none;
816         ios->in = 0;
817         ios->max = ios->current = 300000;
818         ios->min = 1;
819         ios->out = 0;
820         ios->errs = 0;
821         ios->pending = 0;
822         ios->queued = 0;
823         ios->total = 0;
824         ios->ema = 0;
825         ios->emvar = 0;
826         ios->softc = isc;
827         cam_iosched_limiter_init(ios);
828 }
829
830 static int
831 cam_iosched_limiter_sysctl(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
832 {
833         char buf[16];
834         struct iop_stats *ios;
835         struct cam_iosched_softc *isc;
836         int value, i, error;
837         const char *p;
838
839         ios = arg1;
840         isc = ios->softc;
841         value = ios->limiter;
842         if (value < none || value >= limiter_max)
843                 p = "UNKNOWN";
844         else
845                 p = cam_iosched_limiter_names[value];
846
847         strlcpy(buf, p, sizeof(buf));
848         error = sysctl_handle_string(oidp, buf, sizeof(buf), req);
849         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
850                 return error;
851
852         cam_periph_lock(isc->periph);
853
854         for (i = none; i < limiter_max; i++) {
855                 if (strcmp(buf, cam_iosched_limiter_names[i]) != 0)
856                         continue;
857                 ios->limiter = i;
858                 error = cam_iosched_limiter_init(ios);
859                 if (error != 0) {
860                         ios->limiter = value;
861                         cam_periph_unlock(isc->periph);
862                         return error;
863                 }
864                 /* Note: disk load averate requires ticker to be always running */
865                 callout_reset(&isc->ticker, hz / isc->quanta, cam_iosched_ticker, isc);
866                 isc->flags |= CAM_IOSCHED_FLAG_CALLOUT_ACTIVE;
867
868                 cam_periph_unlock(isc->periph);
869                 return 0;
870         }
871
872         cam_periph_unlock(isc->periph);
873         return EINVAL;
874 }
875
876 static int
877 cam_iosched_control_type_sysctl(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
878 {
879         char buf[16];
880         struct control_loop *clp;
881         struct cam_iosched_softc *isc;
882         int value, i, error;
883         const char *p;
884
885         clp = arg1;
886         isc = clp->softc;
887         value = clp->type;
888         if (value < none || value >= cl_max)
889                 p = "UNKNOWN";
890         else
891                 p = cam_iosched_control_type_names[value];
892
893         strlcpy(buf, p, sizeof(buf));
894         error = sysctl_handle_string(oidp, buf, sizeof(buf), req);
895         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
896                 return error;
897
898         for (i = set_max; i < cl_max; i++) {
899                 if (strcmp(buf, cam_iosched_control_type_names[i]) != 0)
900                         continue;
901                 cam_periph_lock(isc->periph);
902                 clp->type = i;
903                 cam_periph_unlock(isc->periph);
904                 return 0;
905         }
906
907         return EINVAL;
908 }
909
910 static int
911 cam_iosched_sbintime_sysctl(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
912 {
913         char buf[16];
914         sbintime_t value;
915         int error;
916         uint64_t us;
917
918         value = *(sbintime_t *)arg1;
919         us = (uint64_t)value / SBT_1US;
920         snprintf(buf, sizeof(buf), "%ju", (intmax_t)us);
921         error = sysctl_handle_string(oidp, buf, sizeof(buf), req);
922         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
923                 return error;
924         us = strtoul(buf, NULL, 10);
925         if (us == 0)
926                 return EINVAL;
927         *(sbintime_t *)arg1 = us * SBT_1US;
928         return 0;
929 }
930
931 static int
932 cam_iosched_sysctl_latencies(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
933 {
934         int i, error;
935         struct sbuf sb;
936         uint64_t *latencies;
937
938         latencies = arg1;
939         sbuf_new_for_sysctl(&sb, NULL, LAT_BUCKETS * 16, req);
940
941         for (i = 0; i < LAT_BUCKETS - 1; i++)
942                 sbuf_printf(&sb, "%jd,", (intmax_t)latencies[i]);
943         sbuf_printf(&sb, "%jd", (intmax_t)latencies[LAT_BUCKETS - 1]);
944         error = sbuf_finish(&sb);
945         sbuf_delete(&sb);
946
947         return (error);
948 }
949
950 static int
951 cam_iosched_quanta_sysctl(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
952 {
953         int *quanta;
954         int error, value;
955
956         quanta = (unsigned *)arg1;
957         value = *quanta;
958
959         error = sysctl_handle_int(oidp, (int *)&value, 0, req);
960         if ((error != 0) || (req->newptr == NULL))
961                 return (error);
962
963         if (value < 1 || value > hz)
964                 return (EINVAL);
965
966         *quanta = value;
967
968         return (0);
969 }
970
971 static void
972 cam_iosched_iop_stats_sysctl_init(struct cam_iosched_softc *isc, struct iop_stats *ios, char *name)
973 {
974         struct sysctl_oid_list *n;
975         struct sysctl_ctx_list *ctx;
976
977         ios->sysctl_tree = SYSCTL_ADD_NODE(&isc->sysctl_ctx,
978             SYSCTL_CHILDREN(isc->sysctl_tree), OID_AUTO, name,
979             CTLFLAG_RD, 0, name);
980         n = SYSCTL_CHILDREN(ios->sysctl_tree);
981         ctx = &ios->sysctl_ctx;
982
983         SYSCTL_ADD_UQUAD(ctx, n,
984             OID_AUTO, "ema", CTLFLAG_RD,
985             &ios->ema,
986             "Fast Exponentially Weighted Moving Average");
987         SYSCTL_ADD_UQUAD(ctx, n,
988             OID_AUTO, "emvar", CTLFLAG_RD,
989             &ios->emvar,
990             "Fast Exponentially Weighted Moving Variance");
991
992         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
993             OID_AUTO, "pending", CTLFLAG_RD,
994             &ios->pending, 0,
995             "Instantaneous # of pending transactions");
996         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
997             OID_AUTO, "count", CTLFLAG_RD,
998             &ios->total, 0,
999             "# of transactions submitted to hardware");
1000         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1001             OID_AUTO, "queued", CTLFLAG_RD,
1002             &ios->queued, 0,
1003             "# of transactions in the queue");
1004         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1005             OID_AUTO, "in", CTLFLAG_RD,
1006             &ios->in, 0,
1007             "# of transactions queued to driver");
1008         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1009             OID_AUTO, "out", CTLFLAG_RD,
1010             &ios->out, 0,
1011             "# of transactions completed (including with error)");
1012         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1013             OID_AUTO, "errs", CTLFLAG_RD,
1014             &ios->errs, 0,
1015             "# of transactions completed with an error");
1016
1017         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1018             OID_AUTO, "limiter", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
1019             ios, 0, cam_iosched_limiter_sysctl, "A",
1020             "Current limiting type.");
1021         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1022             OID_AUTO, "min", CTLFLAG_RW,
1023             &ios->min, 0,
1024             "min resource");
1025         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1026             OID_AUTO, "max", CTLFLAG_RW,
1027             &ios->max, 0,
1028             "max resource");
1029         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1030             OID_AUTO, "current", CTLFLAG_RW,
1031             &ios->current, 0,
1032             "current resource");
1033
1034         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1035             OID_AUTO, "latencies", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD,
1036             &ios->latencies, 0,
1037             cam_iosched_sysctl_latencies, "A",
1038             "Array of power of 2 latency from 1ms to 1.024s");
1039 }
1040
1041 static void
1042 cam_iosched_iop_stats_fini(struct iop_stats *ios)
1043 {
1044         if (ios->sysctl_tree)
1045                 if (sysctl_ctx_free(&ios->sysctl_ctx) != 0)
1046                         printf("can't remove iosched sysctl stats context\n");
1047 }
1048
1049 static void
1050 cam_iosched_cl_sysctl_init(struct cam_iosched_softc *isc)
1051 {
1052         struct sysctl_oid_list *n;
1053         struct sysctl_ctx_list *ctx;
1054         struct control_loop *clp;
1055
1056         clp = &isc->cl;
1057         clp->sysctl_tree = SYSCTL_ADD_NODE(&isc->sysctl_ctx,
1058             SYSCTL_CHILDREN(isc->sysctl_tree), OID_AUTO, "control",
1059             CTLFLAG_RD, 0, "Control loop info");
1060         n = SYSCTL_CHILDREN(clp->sysctl_tree);
1061         ctx = &clp->sysctl_ctx;
1062
1063         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1064             OID_AUTO, "type", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
1065             clp, 0, cam_iosched_control_type_sysctl, "A",
1066             "Control loop algorithm");
1067         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1068             OID_AUTO, "steer_interval", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
1069             &clp->steer_interval, 0, cam_iosched_sbintime_sysctl, "A",
1070             "How often to steer (in us)");
1071         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1072             OID_AUTO, "lolat", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
1073             &clp->lolat, 0, cam_iosched_sbintime_sysctl, "A",
1074             "Low water mark for Latency (in us)");
1075         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1076             OID_AUTO, "hilat", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RW,
1077             &clp->hilat, 0, cam_iosched_sbintime_sysctl, "A",
1078             "Hi water mark for Latency (in us)");
1079         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1080             OID_AUTO, "alpha", CTLFLAG_RW,
1081             &clp->alpha, 0,
1082             "Alpha for PLL (x100) aka gain");
1083 }
1084
1085 static void
1086 cam_iosched_cl_sysctl_fini(struct control_loop *clp)
1087 {
1088         if (clp->sysctl_tree)
1089                 if (sysctl_ctx_free(&clp->sysctl_ctx) != 0)
1090                         printf("can't remove iosched sysctl control loop context\n");
1091 }
1092 #endif
1093
1094 /*
1095  * Allocate the iosched structure. This also insulates callers from knowing
1096  * sizeof struct cam_iosched_softc.
1097  */
1098 int
1099 cam_iosched_init(struct cam_iosched_softc **iscp, struct cam_periph *periph)
1100 {
1101
1102         *iscp = malloc(sizeof(**iscp), M_CAMSCHED, M_NOWAIT | M_ZERO);
1103         if (*iscp == NULL)
1104                 return ENOMEM;
1105 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1106         if (iosched_debug)
1107                 printf("CAM IOSCHEDULER Allocating entry at %p\n", *iscp);
1108 #endif
1109         (*iscp)->sort_io_queue = -1;
1110         bioq_init(&(*iscp)->bio_queue);
1111         bioq_init(&(*iscp)->trim_queue);
1112 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1113         if (do_dynamic_iosched) {
1114                 bioq_init(&(*iscp)->write_queue);
1115                 (*iscp)->read_bias = 100;
1116                 (*iscp)->current_read_bias = 100;
1117                 (*iscp)->quanta = min(hz, 200);
1118                 cam_iosched_iop_stats_init(*iscp, &(*iscp)->read_stats);
1119                 cam_iosched_iop_stats_init(*iscp, &(*iscp)->write_stats);
1120                 cam_iosched_iop_stats_init(*iscp, &(*iscp)->trim_stats);
1121                 (*iscp)->trim_stats.max = 1;    /* Trims are special: one at a time for now */
1122                 (*iscp)->last_time = sbinuptime();
1123                 callout_init_mtx(&(*iscp)->ticker, cam_periph_mtx(periph), 0);
1124                 (*iscp)->periph = periph;
1125                 cam_iosched_cl_init(&(*iscp)->cl, *iscp);
1126                 callout_reset(&(*iscp)->ticker, hz / (*iscp)->quanta, cam_iosched_ticker, *iscp);
1127                 (*iscp)->flags |= CAM_IOSCHED_FLAG_CALLOUT_ACTIVE;
1128         }
1129 #endif
1130
1131         return 0;
1132 }
1133
1134 /*
1135  * Reclaim all used resources. This assumes that other folks have
1136  * drained the requests in the hardware. Maybe an unwise assumption.
1137  */
1138 void
1139 cam_iosched_fini(struct cam_iosched_softc *isc)
1140 {
1141         if (isc) {
1142                 cam_iosched_flush(isc, NULL, ENXIO);
1143 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1144                 cam_iosched_iop_stats_fini(&isc->read_stats);
1145                 cam_iosched_iop_stats_fini(&isc->write_stats);
1146                 cam_iosched_iop_stats_fini(&isc->trim_stats);
1147                 cam_iosched_cl_sysctl_fini(&isc->cl);
1148                 if (isc->sysctl_tree)
1149                         if (sysctl_ctx_free(&isc->sysctl_ctx) != 0)
1150                                 printf("can't remove iosched sysctl stats context\n");
1151                 if (isc->flags & CAM_IOSCHED_FLAG_CALLOUT_ACTIVE) {
1152                         callout_drain(&isc->ticker);
1153                         isc->flags &= ~ CAM_IOSCHED_FLAG_CALLOUT_ACTIVE;
1154                 }
1155 #endif
1156                 free(isc, M_CAMSCHED);
1157         }
1158 }
1159
1160 /*
1161  * After we're sure we're attaching a device, go ahead and add
1162  * hooks for any sysctl we may wish to honor.
1163  */
1164 void cam_iosched_sysctl_init(struct cam_iosched_softc *isc,
1165     struct sysctl_ctx_list *ctx, struct sysctl_oid *node)
1166 {
1167         struct sysctl_oid_list *n;
1168
1169         n = SYSCTL_CHILDREN(node);
1170         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1171                 OID_AUTO, "sort_io_queue", CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE,
1172                 &isc->sort_io_queue, 0,
1173                 "Sort IO queue to try and optimise disk access patterns");
1174         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1175             OID_AUTO, "trim_goal", CTLFLAG_RW,
1176             &isc->trim_goal, 0,
1177             "Number of trims to try to accumulate before sending to hardware");
1178         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1179             OID_AUTO, "trim_ticks", CTLFLAG_RW,
1180             &isc->trim_goal, 0,
1181             "IO Schedul qaunta to hold back trims for when accumulating");
1182
1183 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1184         if (!do_dynamic_iosched)
1185                 return;
1186
1187         isc->sysctl_tree = SYSCTL_ADD_NODE(&isc->sysctl_ctx,
1188             SYSCTL_CHILDREN(node), OID_AUTO, "iosched",
1189             CTLFLAG_RD, 0, "I/O scheduler statistics");
1190         n = SYSCTL_CHILDREN(isc->sysctl_tree);
1191         ctx = &isc->sysctl_ctx;
1192
1193         cam_iosched_iop_stats_sysctl_init(isc, &isc->read_stats, "read");
1194         cam_iosched_iop_stats_sysctl_init(isc, &isc->write_stats, "write");
1195         cam_iosched_iop_stats_sysctl_init(isc, &isc->trim_stats, "trim");
1196         cam_iosched_cl_sysctl_init(isc);
1197
1198         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1199             OID_AUTO, "read_bias", CTLFLAG_RW,
1200             &isc->read_bias, 100,
1201             "How biased towards read should we be independent of limits");
1202
1203         SYSCTL_ADD_PROC(ctx, n,
1204             OID_AUTO, "quanta", CTLTYPE_UINT | CTLFLAG_RW,
1205             &isc->quanta, 0, cam_iosched_quanta_sysctl, "I",
1206             "How many quanta per second do we slice the I/O up into");
1207
1208         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1209             OID_AUTO, "total_ticks", CTLFLAG_RD,
1210             &isc->total_ticks, 0,
1211             "Total number of ticks we've done");
1212
1213         SYSCTL_ADD_INT(ctx, n,
1214             OID_AUTO, "load", CTLFLAG_RD,
1215             &isc->load, 0,
1216             "scaled load average / 100");
1217
1218         SYSCTL_ADD_U64(ctx, n,
1219             OID_AUTO, "latency_trigger", CTLFLAG_RW,
1220             &isc->max_lat, 0,
1221             "Latency treshold to trigger callbacks");
1222 #endif
1223 }
1224
1225 void
1226 cam_iosched_set_latfcn(struct cam_iosched_softc *isc,
1227     cam_iosched_latfcn_t fnp, void *argp)
1228 {
1229 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1230         isc->latfcn = fnp;
1231         isc->latarg = argp;
1232 #endif
1233 }
1234
1235 /*
1236  * Client drivers can set two parameters. "goal" is the number of BIO_DELETEs
1237  * that will be queued up before iosched will "release" the trims to the client
1238  * driver to wo with what they will (usually combine as many as possible). If we
1239  * don't get this many, after trim_ticks we'll submit the I/O anyway with
1240  * whatever we have.  We do need an I/O of some kind of to clock the deferred
1241  * trims out to disk. Since we will eventually get a write for the super block
1242  * or something before we shutdown, the trims will complete. To be safe, when a
1243  * BIO_FLUSH is presented to the iosched work queue, we set the ticks time far
1244  * enough in the past so we'll present the BIO_DELETEs to the client driver.
1245  * There might be a race if no BIO_DELETESs were queued, a BIO_FLUSH comes in
1246  * and then a BIO_DELETE is sent down. No know client does this, and there's
1247  * already a race between an ordered BIO_FLUSH and any BIO_DELETEs in flight,
1248  * but no client depends on the ordering being honored.
1249  *
1250  * XXX I'm not sure what the interaction between UFS direct BIOs and the BUF
1251  * flushing on shutdown. I think there's bufs that would be dependent on the BIO
1252  * finishing to write out at least metadata, so we'll be fine. To be safe, keep
1253  * the number of ticks low (less than maybe 10s) to avoid shutdown races.
1254  */
1255
1256 void
1257 cam_iosched_set_trim_goal(struct cam_iosched_softc *isc, int goal)
1258 {
1259
1260         isc->trim_goal = goal;
1261 }
1262
1263 void
1264 cam_iosched_set_trim_ticks(struct cam_iosched_softc *isc, int trim_ticks)
1265 {
1266
1267         isc->trim_ticks = trim_ticks;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Flush outstanding I/O. Consumers of this library don't know all the
1272  * queues we may keep, so this allows all I/O to be flushed in one
1273  * convenient call.
1274  */
1275 void
1276 cam_iosched_flush(struct cam_iosched_softc *isc, struct devstat *stp, int err)
1277 {
1278         bioq_flush(&isc->bio_queue, stp, err);
1279         bioq_flush(&isc->trim_queue, stp, err);
1280 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1281         if (do_dynamic_iosched)
1282                 bioq_flush(&isc->write_queue, stp, err);
1283 #endif
1284 }
1285
1286 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1287 static struct bio *
1288 cam_iosched_get_write(struct cam_iosched_softc *isc)
1289 {
1290         struct bio *bp;
1291
1292         /*
1293          * We control the write rate by controlling how many requests we send
1294          * down to the drive at any one time. Fewer requests limits the
1295          * effects of both starvation when the requests take a while and write
1296          * amplification when each request is causing more than one write to
1297          * the NAND media. Limiting the queue depth like this will also limit
1298          * the write throughput and give and reads that want to compete to
1299          * compete unfairly.
1300          */
1301         bp = bioq_first(&isc->write_queue);
1302         if (bp == NULL) {
1303                 if (iosched_debug > 3)
1304                         printf("No writes present in write_queue\n");
1305                 return NULL;
1306         }
1307
1308         /*
1309          * If pending read, prefer that based on current read bias
1310          * setting.
1311          */
1312         if (bioq_first(&isc->bio_queue) && isc->current_read_bias) {
1313                 if (iosched_debug)
1314                         printf(
1315                             "Reads present and current_read_bias is %d queued "
1316                             "writes %d queued reads %d\n",
1317                             isc->current_read_bias, isc->write_stats.queued,
1318                             isc->read_stats.queued);
1319                 isc->current_read_bias--;
1320                 /* We're not limiting writes, per se, just doing reads first */
1321                 return NULL;
1322         }
1323
1324         /*
1325          * See if our current limiter allows this I/O.
1326          */
1327         if (cam_iosched_limiter_iop(&isc->write_stats, bp) != 0) {
1328                 if (iosched_debug)
1329                         printf("Can't write because limiter says no.\n");
1330                 isc->write_stats.state_flags |= IOP_RATE_LIMITED;
1331                 return NULL;
1332         }
1333
1334         /*
1335          * Let's do this: We've passed all the gates and we're a go
1336          * to schedule the I/O in the SIM.
1337          */
1338         isc->current_read_bias = isc->read_bias;
1339         bioq_remove(&isc->write_queue, bp);
1340         if (bp->bio_cmd == BIO_WRITE) {
1341                 isc->write_stats.queued--;
1342                 isc->write_stats.total++;
1343                 isc->write_stats.pending++;
1344         }
1345         if (iosched_debug > 9)
1346                 printf("HWQ : %p %#x\n", bp, bp->bio_cmd);
1347         isc->write_stats.state_flags &= ~IOP_RATE_LIMITED;
1348         return bp;
1349 }
1350 #endif
1351
1352 /*
1353  * Put back a trim that you weren't able to actually schedule this time.
1354  */
1355 void
1356 cam_iosched_put_back_trim(struct cam_iosched_softc *isc, struct bio *bp)
1357 {
1358         bioq_insert_head(&isc->trim_queue, bp);
1359         if (isc->queued_trims == 0)
1360                 isc->last_trim_tick = ticks;
1361         isc->queued_trims++;
1362 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1363         isc->trim_stats.queued++;
1364         isc->trim_stats.total--;                /* since we put it back, don't double count */
1365         isc->trim_stats.pending--;
1366 #endif
1367 }
1368
1369 /*
1370  * gets the next trim from the trim queue.
1371  *
1372  * Assumes we're called with the periph lock held.  It removes this
1373  * trim from the queue and the device must explicitly reinsert it
1374  * should the need arise.
1375  */
1376 struct bio *
1377 cam_iosched_next_trim(struct cam_iosched_softc *isc)
1378 {
1379         struct bio *bp;
1380
1381         bp  = bioq_first(&isc->trim_queue);
1382         if (bp == NULL)
1383                 return NULL;
1384         bioq_remove(&isc->trim_queue, bp);
1385         isc->queued_trims--;
1386         isc->last_trim_tick = ticks;    /* Reset the tick timer when we take trims */
1387 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1388         isc->trim_stats.queued--;
1389         isc->trim_stats.total++;
1390         isc->trim_stats.pending++;
1391 #endif
1392         return bp;
1393 }
1394
1395 /*
1396  * gets an available trim from the trim queue, if there's no trim
1397  * already pending. It removes this trim from the queue and the device
1398  * must explicitly reinsert it should the need arise.
1399  *
1400  * Assumes we're called with the periph lock held.
1401  */
1402 struct bio *
1403 cam_iosched_get_trim(struct cam_iosched_softc *isc)
1404 {
1405 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1406         struct bio *bp;
1407 #endif
1408
1409         if (!cam_iosched_has_more_trim(isc))
1410                 return NULL;
1411 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1412         bp  = bioq_first(&isc->trim_queue);
1413         if (bp == NULL)
1414                 return NULL;
1415
1416         /*
1417          * If pending read, prefer that based on current read bias setting. The
1418          * read bias is shared for both writes and TRIMs, but on TRIMs the bias
1419          * is for a combined TRIM not a single TRIM request that's come in.
1420          */
1421         if (do_dynamic_iosched) {
1422                 if (bioq_first(&isc->bio_queue) && isc->current_read_bias) {
1423                         if (iosched_debug)
1424                                 printf("Reads present and current_read_bias is %d"
1425                                     " queued trims %d queued reads %d\n",
1426                                     isc->current_read_bias, isc->trim_stats.queued,
1427                                     isc->read_stats.queued);
1428                         isc->current_read_bias--;
1429                         /* We're not limiting TRIMS, per se, just doing reads first */
1430                         return NULL;
1431                 }
1432                 /*
1433                  * We're going to do a trim, so reset the bias.
1434                  */
1435                 isc->current_read_bias = isc->read_bias;
1436         }
1437
1438         /*
1439          * See if our current limiter allows this I/O. Because we only call this
1440          * here, and not in next_trim, the 'bandwidth' limits for trims won't
1441          * work, while the iops or max queued limits will work. It's tricky
1442          * because we want the limits to be from the perspective of the
1443          * "commands sent to the device." To make iops work, we need to check
1444          * only here (since we want all the ops we combine to count as one). To
1445          * make bw limits work, we'd need to check in next_trim, but that would
1446          * have the effect of limiting the iops as seen from the upper layers.
1447          */
1448         if (cam_iosched_limiter_iop(&isc->trim_stats, bp) != 0) {
1449                 if (iosched_debug)
1450                         printf("Can't trim because limiter says no.\n");
1451                 isc->trim_stats.state_flags |= IOP_RATE_LIMITED;
1452                 return NULL;
1453         }
1454         isc->current_read_bias = isc->read_bias;
1455         isc->trim_stats.state_flags &= ~IOP_RATE_LIMITED;
1456         /* cam_iosched_next_trim below keeps proper book */
1457 #endif
1458         return cam_iosched_next_trim(isc);
1459 }
1460
1461 /*
1462  * Determine what the next bit of work to do is for the periph. The
1463  * default implementation looks to see if we have trims to do, but no
1464  * trims outstanding. If so, we do that. Otherwise we see if we have
1465  * other work. If we do, then we do that. Otherwise why were we called?
1466  */
1467 struct bio *
1468 cam_iosched_next_bio(struct cam_iosched_softc *isc)
1469 {
1470         struct bio *bp;
1471
1472         /*
1473          * See if we have a trim that can be scheduled. We can only send one
1474          * at a time down, so this takes that into account.
1475          *
1476          * XXX newer TRIM commands are queueable. Revisit this when we
1477          * implement them.
1478          */
1479         if ((bp = cam_iosched_get_trim(isc)) != NULL)
1480                 return bp;
1481
1482 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1483         /*
1484          * See if we have any pending writes, and room in the queue for them,
1485          * and if so, those are next.
1486          */
1487         if (do_dynamic_iosched) {
1488                 if ((bp = cam_iosched_get_write(isc)) != NULL)
1489                         return bp;
1490         }
1491 #endif
1492
1493         /*
1494          * next, see if there's other, normal I/O waiting. If so return that.
1495          */
1496         if ((bp = bioq_first(&isc->bio_queue)) == NULL)
1497                 return NULL;
1498
1499 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1500         /*
1501          * For the dynamic scheduler, bio_queue is only for reads, so enforce
1502          * the limits here. Enforce only for reads.
1503          */
1504         if (do_dynamic_iosched) {
1505                 if (bp->bio_cmd == BIO_READ &&
1506                     cam_iosched_limiter_iop(&isc->read_stats, bp) != 0) {
1507                         isc->read_stats.state_flags |= IOP_RATE_LIMITED;
1508                         return NULL;
1509                 }
1510         }
1511         isc->read_stats.state_flags &= ~IOP_RATE_LIMITED;
1512 #endif
1513         bioq_remove(&isc->bio_queue, bp);
1514 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1515         if (do_dynamic_iosched) {
1516                 if (bp->bio_cmd == BIO_READ) {
1517                         isc->read_stats.queued--;
1518                         isc->read_stats.total++;
1519                         isc->read_stats.pending++;
1520                 } else
1521                         printf("Found bio_cmd = %#x\n", bp->bio_cmd);
1522         }
1523         if (iosched_debug > 9)
1524                 printf("HWQ : %p %#x\n", bp, bp->bio_cmd);
1525 #endif
1526         return bp;
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Driver has been given some work to do by the block layer. Tell the
1531  * scheduler about it and have it queue the work up. The scheduler module
1532  * will then return the currently most useful bit of work later, possibly
1533  * deferring work for various reasons.
1534  */
1535 void
1536 cam_iosched_queue_work(struct cam_iosched_softc *isc, struct bio *bp)
1537 {
1538
1539         /*
1540          * A BIO_SPEEDUP from the uppper layers means that they have a block
1541          * shortage. At the present, this is only sent when we're trying to
1542          * allocate blocks, but have a shortage before giving up. bio_length is
1543          * the size of their shortage. We will complete just enough BIO_DELETEs
1544          * in the queue to satisfy the need. If bio_length is 0, we'll complete
1545          * them all. This allows the scheduler to delay BIO_DELETEs to improve
1546          * read/write performance without worrying about the upper layers. When
1547          * it's possibly a problem, we respond by pretending the BIO_DELETEs
1548          * just worked. We can't do anything about the BIO_DELETEs in the
1549          * hardware, though. We have to wait for them to complete.
1550          */
1551         if (bp->bio_cmd == BIO_SPEEDUP) {
1552                 off_t len;
1553                 struct bio *nbp;
1554
1555                 len = 0;
1556                 while (bioq_first(&isc->trim_queue) &&
1557                     (bp->bio_length == 0 || len < bp->bio_length)) {
1558                         nbp = bioq_takefirst(&isc->trim_queue);
1559                         len += nbp->bio_length;
1560                         nbp->bio_error = 0;
1561                         biodone(nbp);
1562                 }
1563                 if (bp->bio_length > 0) {
1564                         if (bp->bio_length > len)
1565                                 bp->bio_resid = bp->bio_length - len;
1566                         else
1567                                 bp->bio_resid = 0;
1568                 }
1569                 bp->bio_error = 0;
1570                 biodone(bp);
1571                 return;
1572         }
1573
1574         /*
1575          * If we get a BIO_FLUSH, and we're doing delayed BIO_DELETEs then we
1576          * set the last tick time to one less than the current ticks minus the
1577          * delay to force the BIO_DELETEs to be presented to the client driver.
1578          */
1579         if (bp->bio_cmd == BIO_FLUSH && isc->trim_ticks > 0)
1580                 isc->last_trim_tick = ticks - isc->trim_ticks - 1;
1581
1582         /*
1583          * Put all trims on the trim queue. Otherwise put the work on the bio
1584          * queue.
1585          */
1586         if (bp->bio_cmd == BIO_DELETE) {
1587                 bioq_insert_tail(&isc->trim_queue, bp);
1588                 if (isc->queued_trims == 0)
1589                         isc->last_trim_tick = ticks;
1590                 isc->queued_trims++;
1591 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1592                 isc->trim_stats.in++;
1593                 isc->trim_stats.queued++;
1594 #endif
1595         }
1596 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1597         else if (do_dynamic_iosched && (bp->bio_cmd != BIO_READ)) {
1598                 if (cam_iosched_sort_queue(isc))
1599                         bioq_disksort(&isc->write_queue, bp);
1600                 else
1601                         bioq_insert_tail(&isc->write_queue, bp);
1602                 if (iosched_debug > 9)
1603                         printf("Qw  : %p %#x\n", bp, bp->bio_cmd);
1604                 if (bp->bio_cmd == BIO_WRITE) {
1605                         isc->write_stats.in++;
1606                         isc->write_stats.queued++;
1607                 }
1608         }
1609 #endif
1610         else {
1611                 if (cam_iosched_sort_queue(isc))
1612                         bioq_disksort(&isc->bio_queue, bp);
1613                 else
1614                         bioq_insert_tail(&isc->bio_queue, bp);
1615 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1616                 if (iosched_debug > 9)
1617                         printf("Qr  : %p %#x\n", bp, bp->bio_cmd);
1618                 if (bp->bio_cmd == BIO_READ) {
1619                         isc->read_stats.in++;
1620                         isc->read_stats.queued++;
1621                 } else if (bp->bio_cmd == BIO_WRITE) {
1622                         isc->write_stats.in++;
1623                         isc->write_stats.queued++;
1624                 }
1625 #endif
1626         }
1627 }
1628
1629 /*
1630  * If we have work, get it scheduled. Called with the periph lock held.
1631  */
1632 void
1633 cam_iosched_schedule(struct cam_iosched_softc *isc, struct cam_periph *periph)
1634 {
1635
1636         if (cam_iosched_has_work(isc))
1637                 xpt_schedule(periph, CAM_PRIORITY_NORMAL);
1638 }
1639
1640 /*
1641  * Complete a trim request. Mark that we no longer have one in flight.
1642  */
1643 void
1644 cam_iosched_trim_done(struct cam_iosched_softc *isc)
1645 {
1646
1647         isc->flags &= ~CAM_IOSCHED_FLAG_TRIM_ACTIVE;
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Complete a bio. Called before we release the ccb with xpt_release_ccb so we
1652  * might use notes in the ccb for statistics.
1653  */
1654 int
1655 cam_iosched_bio_complete(struct cam_iosched_softc *isc, struct bio *bp,
1656     union ccb *done_ccb)
1657 {
1658         int retval = 0;
1659 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1660         if (!do_dynamic_iosched)
1661                 return retval;
1662
1663         if (iosched_debug > 10)
1664                 printf("done: %p %#x\n", bp, bp->bio_cmd);
1665         if (bp->bio_cmd == BIO_WRITE) {
1666                 retval = cam_iosched_limiter_iodone(&isc->write_stats, bp);
1667                 if ((bp->bio_flags & BIO_ERROR) != 0)
1668                         isc->write_stats.errs++;
1669                 isc->write_stats.out++;
1670                 isc->write_stats.pending--;
1671         } else if (bp->bio_cmd == BIO_READ) {
1672                 retval = cam_iosched_limiter_iodone(&isc->read_stats, bp);
1673                 if ((bp->bio_flags & BIO_ERROR) != 0)
1674                         isc->read_stats.errs++;
1675                 isc->read_stats.out++;
1676                 isc->read_stats.pending--;
1677         } else if (bp->bio_cmd == BIO_DELETE) {
1678                 if ((bp->bio_flags & BIO_ERROR) != 0)
1679                         isc->trim_stats.errs++;
1680                 isc->trim_stats.out++;
1681                 isc->trim_stats.pending--;
1682         } else if (bp->bio_cmd != BIO_FLUSH) {
1683                 if (iosched_debug)
1684                         printf("Completing command with bio_cmd == %#x\n", bp->bio_cmd);
1685         }
1686
1687         if (!(bp->bio_flags & BIO_ERROR) && done_ccb != NULL) {
1688                 sbintime_t sim_latency;
1689                 
1690                 sim_latency = cam_iosched_sbintime_t(done_ccb->ccb_h.qos.periph_data);
1691                 
1692                 cam_iosched_io_metric_update(isc, sim_latency,
1693                     bp->bio_cmd, bp->bio_bcount);
1694                 /*
1695                  * Debugging code: allow callbacks to the periph driver when latency max
1696                  * is exceeded. This can be useful for triggering external debugging actions.
1697                  */
1698                 if (isc->latfcn && isc->max_lat != 0 && sim_latency > isc->max_lat)
1699                         isc->latfcn(isc->latarg, sim_latency, bp);
1700         }
1701                 
1702 #endif
1703         return retval;
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Tell the io scheduler that you've pushed a trim down into the sim.
1708  * This also tells the I/O scheduler not to push any more trims down, so
1709  * some periphs do not call it if they can cope with multiple trims in flight.
1710  */
1711 void
1712 cam_iosched_submit_trim(struct cam_iosched_softc *isc)
1713 {
1714
1715         isc->flags |= CAM_IOSCHED_FLAG_TRIM_ACTIVE;
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Change the sorting policy hint for I/O transactions for this device.
1720  */
1721 void
1722 cam_iosched_set_sort_queue(struct cam_iosched_softc *isc, int val)
1723 {
1724
1725         isc->sort_io_queue = val;
1726 }
1727
1728 int
1729 cam_iosched_has_work_flags(struct cam_iosched_softc *isc, uint32_t flags)
1730 {
1731         return isc->flags & flags;
1732 }
1733
1734 void
1735 cam_iosched_set_work_flags(struct cam_iosched_softc *isc, uint32_t flags)
1736 {
1737         isc->flags |= flags;
1738 }
1739
1740 void
1741 cam_iosched_clr_work_flags(struct cam_iosched_softc *isc, uint32_t flags)
1742 {
1743         isc->flags &= ~flags;
1744 }
1745
1746 #ifdef CAM_IOSCHED_DYNAMIC
1747 /*
1748  * After the method presented in Jack Crenshaw's 1998 article "Integer
1749  * Square Roots," reprinted at
1750  * http://www.embedded.com/electronics-blogs/programmer-s-toolbox/4219659/Integer-Square-Roots
1751  * and well worth the read. Briefly, we find the power of 4 that's the
1752  * largest smaller than val. We then check each smaller power of 4 to
1753  * see if val is still bigger. The right shifts at each step divide
1754  * the result by 2 which after successive application winds up
1755  * accumulating the right answer. It could also have been accumulated
1756  * using a separate root counter, but this code is smaller and faster
1757  * than that method. This method is also integer size invariant.
1758  * It returns floor(sqrt((float)val)), or the largest integer less than
1759  * or equal to the square root.
1760  */
1761 static uint64_t
1762 isqrt64(uint64_t val)
1763 {
1764         uint64_t res = 0;
1765         uint64_t bit = 1ULL << (sizeof(uint64_t) * NBBY - 2);
1766
1767         /*
1768          * Find the largest power of 4 smaller than val.
1769          */
1770         while (bit > val)
1771                 bit >>= 2;
1772
1773         /*
1774          * Accumulate the answer, one bit at a time (we keep moving
1775          * them over since 2 is the square root of 4 and we test
1776          * powers of 4). We accumulate where we find the bit, but
1777          * the successive shifts land the bit in the right place
1778          * by the end.
1779          */
1780         while (bit != 0) {
1781                 if (val >= res + bit) {
1782                         val -= res + bit;
1783                         res = (res >> 1) + bit;
1784                 } else
1785                         res >>= 1;
1786                 bit >>= 2;
1787         }
1788
1789         return res;
1790 }
1791
1792 static sbintime_t latencies[LAT_BUCKETS - 1] = {
1793         SBT_1MS <<  0,
1794         SBT_1MS <<  1,
1795         SBT_1MS <<  2,
1796         SBT_1MS <<  3,
1797         SBT_1MS <<  4,
1798         SBT_1MS <<  5,
1799         SBT_1MS <<  6,
1800         SBT_1MS <<  7,
1801         SBT_1MS <<  8,
1802         SBT_1MS <<  9,
1803         SBT_1MS << 10,
1804         SBT_1MS << 11,
1805         SBT_1MS << 12,
1806         SBT_1MS << 13           /* 8.192s */
1807 };
1808
1809 static void
1810 cam_iosched_update(struct iop_stats *iop, sbintime_t sim_latency)
1811 {
1812         sbintime_t y, deltasq, delta;
1813         int i;
1814
1815         /*
1816          * Keep counts for latency. We do it by power of two buckets.
1817          * This helps us spot outlier behavior obscured by averages.
1818          */
1819         for (i = 0; i < LAT_BUCKETS - 1; i++) {
1820                 if (sim_latency < latencies[i]) {
1821                         iop->latencies[i]++;
1822                         break;
1823                 }
1824         }
1825         if (i == LAT_BUCKETS - 1)
1826                 iop->latencies[i]++;     /* Put all > 1024ms values into the last bucket. */
1827
1828         /*
1829          * Classic exponentially decaying average with a tiny alpha
1830          * (2 ^ -alpha_bits). For more info see the NIST statistical
1831          * handbook.
1832          *
1833          * ema_t = y_t * alpha + ema_t-1 * (1 - alpha)          [nist]
1834          * ema_t = y_t * alpha + ema_t-1 - alpha * ema_t-1
1835          * ema_t = alpha * y_t - alpha * ema_t-1 + ema_t-1
1836          * alpha = 1 / (1 << alpha_bits)
1837          * sub e == ema_t-1, b == 1/alpha (== 1 << alpha_bits), d == y_t - ema_t-1
1838          *      = y_t/b - e/b + be/b
1839          *      = (y_t - e + be) / b
1840          *      = (e + d) / b
1841          *
1842          * Since alpha is a power of two, we can compute this w/o any mult or
1843          * division.
1844          *
1845          * Variance can also be computed. Usually, it would be expressed as follows:
1846          *      diff_t = y_t - ema_t-1
1847          *      emvar_t = (1 - alpha) * (emavar_t-1 + diff_t^2 * alpha)
1848          *        = emavar_t-1 - alpha * emavar_t-1 + delta_t^2 * alpha - (delta_t * alpha)^2
1849          * sub b == 1/alpha (== 1 << alpha_bits), e == emavar_t-1, d = delta_t^2
1850          *        = e - e/b + dd/b + dd/bb
1851          *        = (bbe - be + bdd + dd) / bb
1852          *        = (bbe + b(dd-e) + dd) / bb (which is expanded below bb = 1<<(2*alpha_bits))
1853          */
1854         /*
1855          * XXX possible numeric issues
1856          *      o We assume right shifted integers do the right thing, since that's
1857          *        implementation defined. You can change the right shifts to / (1LL << alpha).
1858          *      o alpha_bits = 9 gives ema ceiling of 23 bits of seconds for ema and 14 bits
1859          *        for emvar. This puts a ceiling of 13 bits on alpha since we need a
1860          *        few tens of seconds of representation.
1861          *      o We mitigate alpha issues by never setting it too high.
1862          */
1863         y = sim_latency;
1864         delta = (y - iop->ema);                                 /* d */
1865         iop->ema = ((iop->ema << alpha_bits) + delta) >> alpha_bits;
1866
1867         /*
1868          * Were we to naively plow ahead at this point, we wind up with many numerical
1869          * issues making any SD > ~3ms unreliable. So, we shift right by 12. This leaves
1870          * us with microsecond level precision in the input, so the same in the
1871          * output. It means we can't overflow deltasq unless delta > 4k seconds. It
1872          * also means that emvar can be up 46 bits 40 of which are fraction, which
1873          * gives us a way to measure up to ~8s in the SD before the computation goes
1874          * unstable. Even the worst hard disk rarely has > 1s service time in the
1875          * drive. It does mean we have to shift left 12 bits after taking the
1876          * square root to compute the actual standard deviation estimate. This loss of
1877          * precision is preferable to needing int128 types to work. The above numbers
1878          * assume alpha=9. 10 or 11 are ok, but we start to run into issues at 12,
1879          * so 12 or 13 is OK for EMA, EMVAR and SD will be wrong in those cases.
1880          */
1881         delta >>= 12;
1882         deltasq = delta * delta;                                /* dd */
1883         iop->emvar = ((iop->emvar << (2 * alpha_bits)) +        /* bbe */
1884             ((deltasq - iop->emvar) << alpha_bits) +            /* b(dd-e) */
1885             deltasq)                                            /* dd */
1886             >> (2 * alpha_bits);                                /* div bb */
1887         iop->sd = (sbintime_t)isqrt64((uint64_t)iop->emvar) << 12;
1888 }
1889
1890 static void
1891 cam_iosched_io_metric_update(struct cam_iosched_softc *isc,
1892     sbintime_t sim_latency, int cmd, size_t size)
1893 {
1894         /* xxx Do we need to scale based on the size of the I/O ? */
1895         switch (cmd) {
1896         case BIO_READ:
1897                 cam_iosched_update(&isc->read_stats, sim_latency);
1898                 break;
1899         case BIO_WRITE:
1900                 cam_iosched_update(&isc->write_stats, sim_latency);
1901                 break;
1902         case BIO_DELETE:
1903                 cam_iosched_update(&isc->trim_stats, sim_latency);
1904                 break;
1905         default:
1906                 break;
1907         }
1908 }
1909
1910 #ifdef DDB
1911 static int biolen(struct bio_queue_head *bq)
1912 {
1913         int i = 0;
1914         struct bio *bp;
1915
1916         TAILQ_FOREACH(bp, &bq->queue, bio_queue) {
1917                 i++;
1918         }
1919         return i;
1920 }
1921
1922 /*
1923  * Show the internal state of the I/O scheduler.
1924  */
1925 DB_SHOW_COMMAND(iosched, cam_iosched_db_show)
1926 {
1927         struct cam_iosched_softc *isc;
1928
1929         if (!have_addr) {
1930                 db_printf("Need addr\n");
1931                 return;
1932         }
1933         isc = (struct cam_iosched_softc *)addr;
1934         db_printf("pending_reads:     %d\n", isc->read_stats.pending);
1935         db_printf("min_reads:         %d\n", isc->read_stats.min);
1936         db_printf("max_reads:         %d\n", isc->read_stats.max);
1937         db_printf("reads:             %d\n", isc->read_stats.total);
1938         db_printf("in_reads:          %d\n", isc->read_stats.in);
1939         db_printf("out_reads:         %d\n", isc->read_stats.out);
1940         db_printf("queued_reads:      %d\n", isc->read_stats.queued);
1941         db_printf("Read Q len         %d\n", biolen(&isc->bio_queue));
1942         db_printf("pending_writes:    %d\n", isc->write_stats.pending);
1943         db_printf("min_writes:        %d\n", isc->write_stats.min);
1944         db_printf("max_writes:        %d\n", isc->write_stats.max);
1945         db_printf("writes:            %d\n", isc->write_stats.total);
1946         db_printf("in_writes:         %d\n", isc->write_stats.in);
1947         db_printf("out_writes:        %d\n", isc->write_stats.out);
1948         db_printf("queued_writes:     %d\n", isc->write_stats.queued);
1949         db_printf("Write Q len        %d\n", biolen(&isc->write_queue));
1950         db_printf("pending_trims:     %d\n", isc->trim_stats.pending);
1951         db_printf("min_trims:         %d\n", isc->trim_stats.min);
1952         db_printf("max_trims:         %d\n", isc->trim_stats.max);
1953         db_printf("trims:             %d\n", isc->trim_stats.total);
1954         db_printf("in_trims:          %d\n", isc->trim_stats.in);
1955         db_printf("out_trims:         %d\n", isc->trim_stats.out);
1956         db_printf("queued_trims:      %d\n", isc->trim_stats.queued);
1957         db_printf("Trim Q len         %d\n", biolen(&isc->trim_queue));
1958         db_printf("read_bias:         %d\n", isc->read_bias);
1959         db_printf("current_read_bias: %d\n", isc->current_read_bias);
1960         db_printf("Trim active?       %s\n",
1961             (isc->flags & CAM_IOSCHED_FLAG_TRIM_ACTIVE) ? "yes" : "no");
1962 }
1963 #endif
1964 #endif