一次降低进程IO延迟的性能优化实践——基于block层bfq调度器(下篇)

在上一篇《一次降低进程IO延迟的性能优化实践——基于block层bfq调度器》基础上，本文主要总结实现该IO性能优化过程遇到的 IO卡死、IO重复派发、内核crash等问题。

1：IO重复派发触发了crash

在初版代码编写完成后，启动fio测试+cat读取文件，有很大概率触发了内核crash，现场如下

• PID: 11602  TASK: ffff95f3092ddf00  CPU: 3   COMMAND: "cat"
•  #0 [ffffa67081ceb390] machine_kexec at ffffffff8525bf3e
•  #1 [ffffa67081ceb3e8] __crash_kexec at ffffffff8536072d
•  #2 [ffffa67081ceb4b0] panic at ffffffff852b5dc7
•  #3 [ffffa67081ceb530] __warn.cold.12 at ffffffff852b5fee
•  #4 [ffffa67081ceb538] blk_mq_start_request at ffffffff856075d0
•  #5 [ffffa67081ceb560] blk_mq_start_request at ffffffff856075d0
•  #6 [ffffa67081ceb590] do_error_trap at ffffffff8521f9de
•  #7 [ffffa67081ceb5d0] do_invalid_op at ffffffff8521fe36
•  #8 [ffffa67081ceb5f0] invalid_op at ffffffff85c00d84
•     [exception RIP: blk_mq_start_request+496]
•     RIP: ffffffff856075d0  RSP: ffffa67081ceb6a0  RFLAGS: 00010202
•     RAX: 0000000000000001  RBX: ffff95f28fc57810  RCX: 0000000000000018
•     RDX: 00000000004b1dc2  RSI: ffff95f28fc57810  RDI: ffff95f297722758
•     RBP: ffff95f38f868000   R8: ffffa67081ceb7e8   R9: 0000000000000000
•     R10: 0000000000000000  R11: 0000000000000011  R12: ffff95f296143000
•     R13: ffff95f2987fe000  R14: ffff95f2987fe050  R15: ffffa67081ceb788
•     ORIG_RAX: ffffffffffffffff  CS: 0010  SS: 0018
•  #9 [ffffa67081ceb6b8] scsi_queue_rq at ffffffff857d1a51
• #10 [ffffa67081ceb708] blk_mq_dispatch_rq_list at ffffffff85609f4c
• #11 [ffffa67081ceb7d8] blk_mq_do_dispatch_sched at ffffffff8560f4ba
• #12 [ffffa67081ceb830] __blk_mq_sched_dispatch_requests at ffffffff8560ff99
• #13 [ffffa67081ceb890] blk_mq_sched_dispatch_requests at ffffffff85610020
• #14 [ffffa67081ceb8a0] __blk_mq_run_hw_queue at ffffffff856076a1
• #15 [ffffa67081ceb8b8] __blk_mq_delay_run_hw_queue at ffffffff85607f61
• #16 [ffffa67081ceb8e0] blk_mq_sched_insert_requests at ffffffff85610351
• #17 [ffffa67081ceb918] blk_mq_flush_plug_list at ffffffff8560b4d6
• #18 [ffffa67081ceb998] blk_flush_plug_list at ffffffff855ffbe7
• #19 [ffffa67081ceb9e8] blk_mq_make_request at ffffffff8560ad38
• #20 [ffffa67081ceba78] generic_make_request at ffffffff855fe85f
• #21 [ffffa67081cebad0] submit_bio at ffffffff855feadc
• #22 [ffffa67081cebb10] ext4_mpage_readpages at ffffffffc08eead1 [ext4]
• #23 [ffffa67081cebbf8] read_pages at ffffffff8543743b
• #24 [ffffa67081cebc70] __do_page_cache_readahead at ffffffff85437721
• ………………….

触发crash的源码位置如下

1. void blk_mq_start_request(struct request *rq)                                                                                                                                                                  
2. {
3.     struct request_queue *q = rq->q;
4.     blk_mq_sched_started_request(rq);
5.     trace_block_rq_issue(q, rq);
6.     if (test_bit(QUEUE_FLAG_STATS, &q->queue_flags)) {
7.             rq->io_start_time_ns = ktime_get_ns();
8.             rq_aux(rq)->stats_sectors = blk_rq_sectors(rq);
9.             rq->rq_flags |= RQF_STATS;
10.             rq_qos_issue(q, rq);
11.     }
12.     WARN_ON_ONCE(blk_mq_rq_state(rq) != MQ_RQ_IDLE);//这里crash
13. blk_add_timer(rq);
14. //标记rq->state 为MQ_RQ_IN_FLIGHT，表示IO请求派发给磁盘驱动了
15.    WRITE_ONCE(rq->state, MQ_RQ_IN_FLIGHT);
16. }
17. static inline enum mq_rq_state blk_mq_rq_state(struct request *rq)
18. {
19.     return READ_ONCE(rq->state);
20. }

crash过程是：在把rq派发给磁盘驱动过程执行blk_mq_start_request()函数中，rq->state不是MQ_RQ_IDLE，然后就主动触发WARN_ON_ONCE而crash。按照经验，crash现场的RDI寄存器就是blk_mq_start_request()函数传输rq指针，看下这个rq的参数：

• crash> request ffff95f297722758
•   __data_len = 0, //date_len 有问题
•   tag = -275282040, //tag 有问题
•   __sector = 18446638524612970376, //扇区地址明显有问题
•   bio = 0x0, //这个bio有问题
•   biotail = 0x0,
• rq_disk = 0x0, /rq_disk 不可能是NULL
•   state = MQ_RQ_IDLE,

到这里怀疑rdi:0xffff95f297722758应该不是blk_mq_start_request()函数传参rq指针，因为打印的rq结构体变量根本不符合常理，对于不符合常理的就要另找他法。

因为这个case比较容易复现，大概率跟我在_bfq_dispatch_request()添加的代码有关。于是在blk_mq_start_request()和__bfq_dispatch_request()中添加一下调试信息，如下红色代码：

1. void blk_mq_start_request(struct request *rq)                                                                       
2. {
3.         struct request_queue *q = rq->q;
4.         blk_mq_sched_started_request(rq);
5.         trace_block_rq_issue(q, rq);
6.         if (test_bit(QUEUE_FLAG_STATS, &q->queue_flags)) {
7.                 rq->io_start_time_ns = ktime_get_ns();
8.                 rq_aux(rq)->stats_sectors = blk_rq_sectors(rq);
9.                 rq->rq_flags |= RQF_STATS;
10.                 rq_qos_issue(q, rq);
11.         }
12.         printk("%s %s %d rq:0x%llx rq->rq_disk:0x%llx \n",__func__,current->comm,current->pid,(u64)rq,(u64)rq->rq_disk);
13.         WARN_ON_ONCE(blk_mq_rq_state(rq) != MQ_RQ_IDLE);
14.         blk_add_timer(rq);
15.         //标记rq->state 为MQ_RQ_IN_FLIGHT，表示IO请求派发给磁盘驱动了
16.         WRITE_ONCE(rq->state, MQ_RQ_IN_FLIGHT);
17. }
18. static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
19. {
20.     ..................
21.     if(bfqd->bfq_high_io_prio_mode)
22.     {
23.        //在 bfq_high_io_prio_mode 非0时间的5s内，如果遇到非high prio io，并且驱动队列IO个数大于限制，则把不派发该IO，而是临时添加到bfq_high_prio_tmp_list链表
24.        if((bfqd->rq_in_driver >= 16) && (bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count < 100)){
25.         //把rq从原有链表删掉并把rq移动到bfq_high_prio_tmp_list链表尾，派发时是从bfq_high_prio_tmp_list链表头取出rq，保证先到先派发
26.         list_add_tail(&rq->queuelist,&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list);
27.         bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count ++;
28.         p_process_io_info_tmp->block_io_count ++;
29.         printk("%s %s %d rq:0x%llx bfqq:0x%llx pid:%d bfqq->dispatched:%d bfq_high_prio_tmp_list_rq_count:%d rq_in_driver:%d !!!!!!!!!!!!\n",__func__,current->comm,current->pid,(u64)rq,(u64)bfqq,bfqq->pid,bfqq->dispatched,bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count,bfqd->rq_in_driver);
30.         goto exit1;
31.        }
32.     }
33.     ..................
34. }

等下次触发crash，内核打印 blk_mq_start_request cat 15092 rq:0xffff8eff2401d990 rq->rq_disk:0xffff8efe1b1b4000，看下它的成员信息：

• crash> request 0xffff8eff2401d990
• struct request {
•   __data_len = 1048576,
•   tag = 86,
•   __sector = 3468288,
•   bio = 0xffff8efd875e8300,
•   biotail = 0xffff8efd875e8300,
•   rq_disk = 0xffff8efe1b1b4000,
•   state = MQ_RQ_IN_FLIGHT,

看来，这次的rq指针是正确的，刚才通过rdi获取blk_mq_start_request()函数传参是有问题的。这个rq->state是MQ_RQ_IN_FLIGHT，就是说该rq已经派发给磁盘驱动了，在传输完成前又派发给磁盘驱动，显然重复了。再看下crash前的内核打印，印证了我的想法

• //rq:0xffff8eff2401d990 这里被插入 bfq_high_prio_tmp_list_rq_count 链表
• [  132.559190] __bfq_dispatch_request cat 15092 rq:0xffff8eff2401d990 bfqq:0xffff8efe1ba0b200 pid:15092 bfqq->dispatched:17 bfq_high_prio_tmp_list_rq_count:1 rq_in_driver:16 !!!!!!!!!!!!1
• //rq:0xffff8eff2401d990  被派发
• [  132.559244] blk_mq_start_request cat 15092 rq:0xffff8eff2401d990 rq->rq_disk:0xffff8efe1b1b4000
• //rq:0xffff8eff2401d990 又被派发
• [  132.561350] blk_mq_start_request cat 15092 rq:0xffff8eff2401d990 rq->rq_disk:0xffff8efe1b1b4000
• [  132.561398] WARNING: CPU: 1 PID: 15092 at block/blk-mq.c:696 blk_mq_start_request+0x128/0x263
• [  132.561401] Kernel panic - not syncing: panic_on_warn set ...
• [  132.561409] CPU: 1 PID: 15092 Comm: cat Kdump: loaded Tainted: G            E    ---------r-  - 4.18.0 #2
• [  132.561412] Hardware name: VMware, Inc. VMware Virtual Platform/440BX Desktop Reference Platform, BIOS 6.00 02/27/2020
• [  132.561414] Call Trace:
• [  132.561431]  dump_stack+0x5c/0x80
• [  132.561437]  panic+0xe7/0x2a9
• [  132.561443]  ? blk_mq_start_request+0x128/0x263
• [  132.561447]  __warn.cold.12+0x31/0x33
• [  132.561450]  ? blk_mq_start_request+0x128/0x263
• [  132.561454]  ? blk_mq_start_request+0x128/0x263
• [  132.561457]  report_bug+0xb1/0xd0-

显然，rq:0xffff8eff2401d990就是被连续派发了两次，就得看看我添加的代码哪里有问题了？

1. static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
2. {
3.     ...............
4.     rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5.     if (rq) {
6.         if(bfqd->queue->high_io_prio_enable)
7.         {
8.             if(rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO){//高优先级IO
9.                 //第一次遇到high prio io，置1 bfq_high_io_prio_mode，启动5s定时器，定时到了对bfq_high_io_prio_mode清0
10.                 if(bfqd->bfq_high_io_prio_mode == 0){
11.                     bfqd->bfq_high_io_prio_mode = 1;
12.                     hrtimer_start(&bfqd->bfq_high_prio_timer, ms_to_ktime(5000),HRTIMER_MODE_REL);
13.                 }
14.                 p_process_io_info_tmp->high_prio_io_count ++;
15.                 p_process_io_info_tmp->dispatch_io_count++;
16.             }
17.             else非高优先级IO
18.             {
19.                p_process_io_info_tmp->high_not_prio_io_count ++;
21.                if(bfqd->bfq_high_io_prio_mode)
22.                {
23.                    //在 bfq_high_io_prio_mode 非0时间的5s内，如果遇到非high prio io，并且驱动队列IO个数大于限制，则把不派发该IO，而是临时添加到bfq_high_prio_tmp_list链表
24.                    if((bfqd->rq_in_driver >= 16) && (bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count < 100)){
25.                         //把rq从原有链表删掉并把rq移动到bfq_high_prio_tmp_list链表尾，派发时是从bfq_high_prio_tmp_list链表头取出rq，保证先到先派发
26.                        list_add_tail(&rq->queuelist,&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list);
27.                        bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count ++;
28.                        p_process_io_info_tmp->block_io_count ++;
29.                     ///bug就出在这里，这里的rq添加到 bfq_high_prio_tmp_list 链表后，本次就不应该再派发了!!!!!!!!!但是却 goto exit1 ，该函数return rq返回该rq并派发了!!!!!!!!!!!!正确的做法是rq = NULL，赋值rq为NULL
30.                       goto exit1;
31.                    }
32.                }
33.             }
34.         }
35.             /*如果 bfq_high_prio_tmp_list 链表上有rq要派发，不执行这里的rq_in_driver++，在下边的exit那里会执行，当echo 0 >/sys/block/sdb/process_high_io_prio 置1再置0后，这个if判断就起作用了。没这个判断，这里会bfqd->rq_in_driver++，下边的if里再bfqd->rq_in_driver++，导致rq_in_driver泄漏*/
36.         if((rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO) || list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list)){
37. inc_in_driver_start_rq:
38.             bfqd->rq_in_driver++;
39. start_rq:
40.             rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
41.         }
42.     }
44. exit:
45.     //1:如果是高优先级IO该if不成立，直接跳过。 2:如果非高优先级IO，则把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list尾，从链表头选一个rq派发 3:如果rq是NULL，则也从bfq_high_prio_tmp_list选一个rq派发
46.         if(!direct_dispatch && ((rq && !(rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO)) || !rq)){
47.            if(!list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list)){
48.                  if(rq){
49.                      list_add_tail(&rq->queuelist,&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list);
50.                      bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count ++;
51.                      if(p_process_io_info_tmp)
52.                          p_process_io_info_tmp->block_io_count2++;
53.                  }
54.                  rq = list_first_entry(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list, struct request, queuelist);
55.                  list_del_init(&rq->queuelist);
57.                  bfqd->bfq_high_prio_tmp_list_rq_count --;
58.                  bfqd->rq_in_driver++;
59.                  rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
60.             }
61.         }
63. exit1:
64.     return rq;
65. }

问题就出在红色代码goto exit1哪里，那里的rq添加到 bfq_high_prio_tmp_list 链表后，本次就不应该再派发了，但是却 goto exit1 ，该函数return rq返回该rq并派发了。后续再从bfq_high_prio_tmp_list 链表链表取出该rq，就会导致rq重复派发了。解决方法很简单，先rq = NULL再goto exit1，这样就避免第一次派发该rq了。

2：派发IO时遇到卡死

2.1 因bfq_has_work()返回false导致一直卡死

上一个问题解决了，新的问题又来了。启动fio压测竟然卡死了，kill -9 fio进程也不行。系统有很多D进程，启动crash工具看下D进程信息

• crash> ps -m | grep UN
• [0 00:06:40.712] [UN]  PID: 2767   TASK: ffff8cb3ff450000  CPU: 0   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.718] [UN]  PID: 2780   TASK: ffff8cb3c9d5c740  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.719] [UN]  PID: 2773   TASK: ffff8cb3c9d317c0  CPU: 2   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.727] [UN]  PID: 2769   TASK: ffff8cb3c9d0df00  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.731] [UN]  PID: 2778   TASK: ffff8cb3c9d5df00  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.735] [UN]  PID: 2772   TASK: ffff8cb3c9d08000  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.738] [UN]  PID: 2775   TASK: ffff8cb3c9d32f80  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.742] [UN]  PID: 2770   TASK: ffff8cb3c9d0af80  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.744] [UN]  PID: 2768   TASK: ffff8cb3c9d097c0  CPU: 2   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.757] [UN]  PID: 2777   TASK: ffff8cb3c9d30000  CPU: 2   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.768] [UN]  PID: 2782   TASK: ffff8cb3c9d597c0  CPU: 3   COMMAND: "fio"
• [0 00:06:40.769] [UN]  PID: 2764   TASK: ffff8cb3ff454740  CPU: 0   COMMAND: "fio"

看下栈回溯

• crash> bt 2764
• PID: 2764   TASK: ffff8cb3ff454740  CPU: 0   COMMAND: "fio"
•  #0 [ffffb2348279bb70] __schedule at ffffffffa84c8826
•  #1 [ffffb2348279bc08] schedule at ffffffffa84c8cb8
•  #2 [ffffb2348279bc18] rwsem_down_write_slowpath at ffffffffa7d105ed
•  #3 [ffffb2348279bc90] bfq_has_work at ffffffffc08054d2 [bfq]
•  #4 [ffffb2348279bca0] _cond_resched at ffffffffa84c8d95
•  #5 [ffffb2348279bcd8] ext4_file_write_iter at ffffffffc08c29bb [ext4]
•  #6 [ffffb2348279bd38] aio_write at ffffffffa7f31206
•  #7 [ffffb2348279be40] io_submit_one at ffffffffa7f31581
•  #8 [ffffb2348279beb8] __x64_sys_io_submit at ffffffffa7f31b82
•  #9 [ffffb2348279bf38] do_syscall_64 at ffffffffa7c0419b
• #10 [ffffb2348279bf50] entry_SYSCALL_64_after_hwframe at ffffffffa86000ad
• crash> bt 2780
• PID: 2780   TASK: ffff8cb3c9d5c740  CPU: 3   COMMAND: "fio"
•  #0 [ffffb23482983b30] __schedule at ffffffffa84c8826
•  #1 [ffffb23482983bc8] schedule at ffffffffa84c8cb8
•  #2 [ffffb23482983bd8] rwsem_down_read_slowpath at ffffffffa84cbd05
•  #3 [ffffb23482983c88] ext4_direct_IO at ffffffffc08d6e5d [ext4]
•  #4 [ffffb23482983cf0] generic_file_read_iter at ffffffffa7e2da7f
•  #5 [ffffb23482983d38] aio_read at ffffffffa7f313a5
•  #6 [ffffb23482983e40] io_submit_one at ffffffffa7f3165b
•  #7 [ffffb23482983eb8] __x64_sys_io_submit at ffffffffa7f31b82
•  #8 [ffffb23482983f38] do_syscall_64 at ffffffffa7c0419b
•  #9 [ffffb23482983f50] entry_SYSCALL_64_after_hwframe at ffffffffa86000ad
• crash> bt 2776
• PID: 2776   TASK: ffff8cb3c9d34740  CPU: 2   COMMAND: "fio"
•  #0 [ffffb23482953958] __schedule at ffffffffa84c8826
•  #1 [ffffb234829539f0] schedule at ffffffffa84c8cb8
•  #2 [ffffb23482953a00] io_schedule at ffffffffa84c90d2
•  #3 [ffffb23482953a10] bit_wait_io at ffffffffa84c94dd
•  #4 [ffffb23482953a20] __wait_on_bit_lock at ffffffffa84c934d
•  #5 [ffffb23482953a58] out_of_line_wait_on_bit_lock at ffffffffa84c9421
•  #6 [ffffb23482953aa8] do_get_write_access at ffffffffc083ae68 [jbd2]
•  #7 [ffffb23482953b08] jbd2_journal_get_write_access at ffffffffc083b10c [jbd2]
•  #8 [ffffb23482953b28] __ext4_journal_get_write_access at ffffffffc08b63f6 [ext4]
•  #9 [ffffb23482953b58] ext4_reserve_inode_write at ffffffffc08d35a6 [ext4]
• #10 [ffffb23482953b80] ext4_mark_inode_dirty at ffffffffc08d37d1 [ext4]
• #11 [ffffb23482953bf0] ext4_dirty_inode at ffffffffc08d8a15 [ext4]
• #12 [ffffb23482953c08] __mark_inode_dirty at ffffffffa7f0aa6a
• #13 [ffffb23482953c40] generic_update_time at ffffffffa7ef76e6
• #14 [ffffb23482953c50] file_update_time at ffffffffa7ef7b01
• #15 [ffffb23482953c98] __generic_file_write_iter at ffffffffa7e2dd38
• #16 [ffffb23482953cd8] ext4_file_write_iter at ffffffffc08c2761 [ext4]
• #17 [ffffb23482953d38] aio_write at ffffffffa7f31206
• #18 [ffffb23482953e40] io_submit_one at ffffffffa7f31581
• #19 [ffffb23482953eb8] __x64_sys_io_submit at ffffffffa7f31b82
• #20 [ffffb23482953f38] do_syscall_64 at ffffffffa7c0419b
• #21 [ffffb23482953f50] entry_SYSCALL_64_after_hwframe at ffffffffa86000ad

有几个fio进程的栈回溯竟然是bfq_has_work，这里边没有调用什么锁呀？很奇怪，难道卡死根源跟bfq_has_work有关。看下它的源码：

1. //返回0则blk_mq_do_dispatch_sched()中就无法派发继续派发IO了
2. static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3. {
4.     struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5.    
6.     //list_empty_careful(&bfqd->dispatch)返回NULL，说明该链表上有rq派发，返回1
7.     return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
8.     //bfq_tot_busy_queues(bfqd)大于0说明还有active bfqq，则派发该bfqq上的rq，此时返回1
9.         bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
10. }

一般是派发blk-mq派发blk_mq_do_dispatch_sched()函数中会调用bfq_has_work()函数，源码如下：

1. static int blk_mq_do_dispatch_sched(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
2. {
3.     struct request_queue *q = hctx->queue;
4.     struct elevator_queue *e = q->elevator;
5.     LIST_HEAD(rq_list);
6.     int ret = 0;
8.     do {
9.         struct request *rq;
10.         //调用bfq_has_work
11.         if (e->type->ops.has_work && !e->type->ops.has_work(hctx))
12.             break;
13.         if (!list_empty_careful(&hctx->dispatch)) {
14.             ret = -EAGAIN;
15.             break;
16.         }
17.         if (!blk_mq_get_dispatch_budget(hctx))
18.             break;
19.         //调用bfq调度器函数 bfq_dispatch_request
20.         rq = e->type->ops.dispatch_request(hctx);
21.         if (!rq) {
22.             blk_mq_put_dispatch_budget(hctx);
23.             blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY);
24.             break;
25.         }
26.         list_add(&rq->queuelist, &rq_list);
27.     /*取出rq_list链表上的req派发给磁盘驱动，如果因驱动队列繁忙或者nvme硬件繁忙导致派发失败，则把req添加hctx->dispatch等稍后派发遇到req派发失败返回false，退出while循环*/
28.     } while (blk_mq_dispatch_rq_list(q, &rq_list, true));
30.     return ret;
31. }

当 bfq_has_work 返回0原本说明bfq没有IO可派发了，blk_mq_do_dispatch_sched()就不再派发IO了。但是我对bfq派发IO的bfq_dispatch_request函数做了优化，增加了一个 bfq_high_prio_tmp_list链表保存普通优先级的rq。当bfq空闲时，bfq_tot_busy_queues(bfqd)返回0，但是bfq_high_prio_tmp_list链表上还有rq要派发，此时还需要继续派发rq。fio暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表上的rq得不到派发，fio进程就卡主，不能再派发新rq，除非老的rq派发完成。简单说，这种情况下，要想判断bfq是否还有rq没派发，必须判断bfq_high_prio_tmp_list链表上是否有IO。于是在bfq_has_work()函数中添加如下红色代码：

1. static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)                                                                                                                                       
2. {
3.         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5.         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
6.                !list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list) ||
7.                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
8. }

ok，这个问题解决了，但是新的问题又来了。

2.2  bfqq->dispatched泄漏导致的卡死

这个问题的表现也是派发IO的fio或者cat进程卡死，同样也是有很多D进程，ps -eLlf | grep fio |awk '{print $6}' | while read line;do echo "*********";cat /proc/$line/stack;done  看下栈回溯，主要是以下两类：

• *********
• [<0>] rwsem_down_write_slowpath+0x32d/0x4e0
• [<0>] ext4_file_write_iter+0x3cb/0x3e0 [ext4]
• [<0>] aio_write+0xf6/0x1c0
• [<0>] io_submit_one+0x131/0x3c0
• [<0>] __x64_sys_io_submit+0xa2/0x180
• [<0>] do_syscall_64+0x5b/0x1a0
• [<0>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x65/0xca
• *********
• [<0>] blk_mq_get_tag+0x119/0x270
• [<0>] __blk_mq_alloc_request+0xb1/0x100
• [<0>] blk_mq_make_request+0x14e/0x5d0
• [<0>] generic_make_request+0xcf/0x310
• [<0>] submit_bio+0x3c/0x160
• [<0>] do_blockdev_direct_IO+0x21e6/0x2e60
• [<0>] ext4_direct_IO+0x247/0x730 [ext4]
• [<0>] generic_file_direct_write+0x93/0x160
• [<0>] __generic_file_write_iter+0xb7/0x1c0
• [<0>] ext4_file_write_iter+0x171/0x3e0 [ext4]
• [<0>] aio_write+0xf6/0x1c0
• [<0>] io_submit_one+0x131/0x3c0
• [<0>] __x64_sys_io_submit+0xa2/0x180
• [<0>] do_syscall_64+0x5b/0x1a0
• [<0>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x65/0xca

分析根源应该是有进程 __blk_mq_alloc_request->blk_mq_get_tag 分配tag失败导致的。

在派发IO的__bfq_dispatch_request()函数最后添加如下红色代码调试信息。

1. static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
2. {
4. exit:
5.     ..............
6.     printk("5:%s %s %d  dispatch rq:0x%llx bfq_high_io_prio_count:%d rq_in_driver:%d\n",__func__,current->comm,current->pid,(u64)rq,bfqd->bfq_high_io_prio_count,bfqd->rq_in_driver);
7.     return rq;
8. }

卡死时刷屏打印如下信息：

5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0

这是blk-mq驱动了内核线程在疯狂的派发rq，但是派发的rq一直是NULL。正常情况应该会退出派发的！

看下 497 派发IO的函数流程，为什么会一直派发rq呢？执行这个命令stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_dispatch_request") {printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}'，刷屏打印

• kworker/3:1H 497
•  0xffffffffc06b3950 : bfq_dispatch_request+0x0/0x9f0 [bfq]
•  0xffffffffa480f385 : blk_mq_do_dispatch_sched+0xc5/0x160 [kernel]
•  0xffffffffa480feb9 : __blk_mq_sched_dispatch_requests+0x189/0x1e0 [kernel]
•  0xffffffffa480ff40 : blk_mq_sched_dispatch_requests+0x30/0x60 [kernel]
•  0xffffffffa48076a1 : __blk_mq_run_hw_queue+0x51/0xd0 [kernel]
•  0xffffffffa44d3477 : process_one_work+0x1a7/0x360 [kernel]
•  0xffffffffa44d3b40 : worker_thread+0x30/0x390 [kernel]
•  0xffffffffa44d9502 : kthread+0x112/0x130 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel] (inexact)

为什么 kworker/3:1H 进程会刷屏执行 __blk_mq_run_hw_queue 而最终疯狂派发 rq 呢？继续执行stap --all-modules  -ve 'probe kernel.function("blk_mq_do_dispatch_sched").return {if(tid()== 497) {printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}}'调试，刷屏打印：

• kworker/3:1H 497
• Returning from:  0xffffffffa480f2c0 : blk_mq_do_dispatch_sched+0x0/0x160 [kernel]
• Returning to  :  0xffffffffa480feb9 : __blk_mq_sched_dispatch_requests+0x189/0x1e0 [kernel]
•  0xffffffffa480ff40 : blk_mq_sched_dispatch_requests+0x30/0x60 [kernel]
•  0xffffffffa48076a1 : __blk_mq_run_hw_queue+0x51/0xd0 [kernel]
•  0xffffffffa44d3477 : process_one_work+0x1a7/0x360 [kernel]
•  0xffffffffa44d3b40 : worker_thread+0x30/0x390 [kernel]
•  0xffffffffa44d9502 : kthread+0x112/0x130 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel] (inexact)

源码分析这是blk-mq驱动启动的内核线程，而启动的根源在blk_mq_run_work_fn()函数，继续用如下命令调试stap --all-modules  -ve 'probe kernel.function("blk_mq_run_work_fn") {if(tid()== 497) {printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}}'，刷屏打印：

• kworker/3:1H 497
•  0xffffffffa4807720 : blk_mq_run_work_fn+0x0/0x20 [kernel]
•  0xffffffffa44d3477 : process_one_work+0x1a7/0x360 [kernel]
•  0xffffffffa44d3b40 : worker_thread+0x30/0x390 [kernel]
•  0xffffffffa44d9502 : kthread+0x112/0x130 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel] (inexact)

这个打印验证了想法。并且，分析可能性最大是__blk_mq_delay_run_hw_queue函数里执行的__blk_mq_run_hw_queue函数。用如下命令验证stap --all-modules  -ve 'probe kernel.function("__blk_mq_delay_run_hw_queue") {{printf("%s %d\n",execname(),tid()) print_backtrace()}}'，刷屏打印：

• kworker/3:1H 497
•  0xffffffffa4807e20 : __blk_mq_delay_run_hw_queue+0x0/0x160 [kernel]
•  0xffffffffa4807fd8 : blk_mq_delay_run_hw_queues+0x38/0x50 [kernel]
•  0xffffffffa480f412 : blk_mq_do_dispatch_sched+0x152/0x160 [kernel]
•  0xffffffffa480feb9 : __blk_mq_sched_dispatch_requests+0x189/0x1e0 [kernel]
•  0xffffffffa480ff40 : blk_mq_sched_dispatch_requests+0x30/0x60 [kernel]
•  0xffffffffa48076a1 : __blk_mq_run_hw_queue+0x51/0xd0 [kernel]
•  0xffffffffa44d3477 : process_one_work+0x1a7/0x360 [kernel]
•  0xffffffffa44d3b40 : worker_thread+0x30/0x390 [kernel]
•  0xffffffffa44d9502 : kthread+0x112/0x130 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel]
•  0xffffffffa4e00255 : ret_from_fork+0x35/0x40 [kernel] (inexact)

综合这些调试信息，基本可以确定：blk_mq_do_dispatch_sched()函数因为派发的rq 是NULL，而频繁执行 blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY)->blk_mq_delay_run_hw_queue->__blk_mq_delay_run_hw_queue->kblockd_mod_delayed_work_on(blk_mq_hctx_next_cpu(hctx), &hctx->run_work,msecs_to_jiffies(msecs))  而再次触发 mq 异步派发进程，就是 kworker/3:1H497 进程。这个逻辑好像没问题，但是为什么会频繁触发 blk-mq 异步派发进程 kworker/3:1H 497 呢？看下blk_mq_do_dispatch_sched()函数派发IO的代码：

1. static int blk_mq_do_dispatch_sched(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
2. {
3.     struct request_queue *q = hctx->queue;
4.     struct elevator_queue *e = q->elevator;
5.     LIST_HEAD(rq_list);
6.     int ret = 0;
8.     do {
9.         struct request *rq;
10.         if (e->type->ops.has_work && !e->type->ops.has_work(hctx))//bfq_has_work
11.             break;
12.         if (!list_empty_careful(&hctx->dispatch)) {
13.             ret = -EAGAIN;
14.             break;
15.         }
16.         if (!blk_mq_get_dispatch_budget(hctx))
17.             break;
18.         rq = e->type->ops.dispatch_request(hctx);//调用bfq调度器函数 bfq_dispatch_request
19.         if (!rq) {
20.             //如果bfq_dispatch_request返回rq是NULL，则执行blk_mq_delay_run_hw_queues()启动blk-mq异步派发IO内核线程
21.             blk_mq_put_dispatch_budget(hctx);
22.             blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY);
23.             break;
24.         }
25.         list_add(&rq->queuelist, &rq_list);
26.     /*取出rq_list链表上的req派发给磁盘驱动，如果因驱动队列繁忙或者nvme硬件繁忙导致派发失败，则把rq添加hctx->dispatch等稍后派发遇到rq派发失败返回false，退出while循环*/
27.     } while (blk_mq_dispatch_rq_list(q, &rq_list, true));
28.     return ret;
29. }

跟踪下bfq_has_work()函数，stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_has_work").return {{printf("%s %d %d bfqd:0x%x\n",execname(),tid(),$return,$hctx->queue->elevator->elevator_data)}}'，刷屏打印如下：

• kworker/3:1H 497 1 bfqd:0xffffa0657f07e800
• kworker/3:1H 497 1 bfqd:0xffffa0657f07e800

是在没什么思路，那就把bfq算法核心数据bfqq或bfqd结构体成员信息打印出来，看能否发现什么异常！启动crash，

• crash> bfq_data 0xffffa0657f07e800
• struct bfq_data {
•   queue = 0xffffa0659740eda8,
•   dispatch = {
•     next = 0xffffa0657f07e808,
•     prev = 0xffffa0657f07e808
•   },
• ...........
•  bfq_high_prio_tmp_list = {
•     next = 0xffffa0657f07ec28,
•     prev = 0xffffa0657f07ec28
•   },

这两个暂存IO的链表都是空的，那bfq_has_work函数返回1只能可能是 bfq_tot_busy_queues 返回true 了，测试一下果然是。stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_tot_busy_queues").return {{printf("%s %d %d\n",execname(),tid(),$return)}}'刷屏打印：

• kworker/3:1H 497 21
• kworker/3:1H 497 21
• kworker/3:1H 497 21
• kworker/3:1H 497 21
• kworker/3:1H 497 21
• kworker/3:1H 497 21

此时，怀疑有很多IO的派发都有问题。我在内核检测哪些rq添加到bfq算法队列后30s还没传输完成，结果打印：

• [10168.410008] rq:0xffffa0659b96e110 long time do not dispatch
• [10168.410008] rq:0xffffa0659b95f790 long time do not dispatch
• [10168.410008] rq:0xffffa0659b950010 long time do not dispatch
• [10168.410009] rq:0xffffa0659b968350 long time do not dispatch
• [10168.410009] rq:0xffffa065974b8350 long time do not dispatch
• [10168.410009] rq:0xffffa0659b958e90 long time do not dispatch
• [10168.411852] 5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0
• [10168.415764] 5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0
• [10168.419817] 5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0
• [10168.423622] 5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0
• [10168.427652] 5:__bfq_dispatch_request kworker/3:1H 497  dispatch rq:0x0 bfq_high_io_prio_count:0 rq_in_driver:0

有时一个很大的疑问，还是重点看下 __bfq_dispatch_request 函数为什么派发的rq总是0把！怀疑 里边返回的 bfq_select_queue 有问题。因为__bfq_dispatch_request函数中是先执行bfq_select_queue选择一个bfqq，再从bfqq中跳一个rq派发，是否bfq_select_queue选择的bfqq就有问题呢？当有很多怀疑点时，就抓住核心的疑问穷追不舍！

用stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_select_queue").return {{printf("%s %d %d\n",execname(),tid(),$return)}}'这个命令调试，打印

• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0
• kworker/3:1H 497 0

果然 bfq_select_queue 返回的bfqq 有问题。那就通过bfqd->in_service_queue看下当前正在派发IO的bfqq是哪个！前文调试已经知道bfqd指针是0xffffa0657f07e800。

• crash> bfq_data 0xffffa0657f07e800 | grep in_service_queue
•   in_service_queue = 0xffffa06597e1c000,
• crash> bfq_queue 0xffffa06597e1c000 | grep pid
•   pid = 1272,
• crash> bt 1272
• PID: 1272   TASK: ffffa065a692df00  CPU: 0   COMMAND: "jbd2/sdb-8"
•  #0 [ffffbcc1c21efa48] __schedule at ffffffffa4cc8826
•  #1 [ffffbcc1c21efae0] schedule at ffffffffa4cc8cb8
•  #2 [ffffbcc1c21efaf0] io_schedule at ffffffffa4cc90d2
•  #3 [ffffbcc1c21efb00] blk_mq_get_tag at ffffffffa480dca9
•  #4 [ffffbcc1c21efb78] __blk_mq_alloc_request at ffffffffa4807ba1
•  #5 [ffffbcc1c21efb98] blk_mq_make_request at ffffffffa480ab5e
•  #6 [ffffbcc1c21efc28] generic_make_request at ffffffffa47fe85f
•  #7 [ffffbcc1c21efc80] submit_bio at ffffffffa47feadc
•  #8 [ffffbcc1c21efcc0] submit_bh_wbc at ffffffffa471673a
•  #9 [ffffbcc1c21efcf8] jbd2_journal_commit_transaction at ffffffffc06e28a4 [jbd2]
• #10 [ffffbcc1c21efea0] kjournald2 at ffffffffc06e792d [jbd2]
• #11 [ffffbcc1c21eff10] kthread at ffffffffa44d9502
• #12 [ffffbcc1c21eff50] ret_from_fork at ffffffffa4e00255

当前正在派发rq的bfqq的进程竟然卡死了！继续看下bfq_select_queue函数里有哪些疑问？看下他的函数源码：

1. static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
2. {
3.     ................
4.     if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
5.         (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
6.         ..........
7.         //如果进程有异步bfqq，则取出这个异步bfqq
8.         if (async_bfqq &&
9.             icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
10.             bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
11.             bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
12.             bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
13.         else if (bfq_bfqq_has_waker(bfqq) &&
14.                bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
15.                bfqq->next_rq &&
16.                bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
17.                           bfqq->waker_bfqq) <=
18.                bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
19.             )
20.             //取出bfqq->waker_bfqq
21.             bfqq = bfqq->waker_bfqq;
22.               //bfqd->in_service_queue这个bfqq绑定的进程空闲时没有大量连续快速向bfqq->sort_list插入IO请求特性
23.         else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
24.               //bfqd->in_service_queue这个bfqq没有权重提升
25.              (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
26.             //bfqd->in_service_queue这个bfqq绑定的进程在派发IO请求时，没有快速插入IO请求的特性
27.               !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
28.             /*该if成立说明bfqd->in_service_queue这个bfqq初步符合被inject bfqq抢占的条件，在bfq_choose_bfqq_for_injection()里，如果遍历st->active tree上的bfqq，符合bfqd->rq_in_driver < limit条件，就返回这个bfqq，抢占bfqd->in_service_queue*/
29.             bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
30.         else
31.             bfqq = NULL;
33.         goto keep_queue;
34.     }
35. expire:
36.     //bfqq过期失效
37.     bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
38. new_queue:
39.     bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
40.     if (bfqq) {
41.         //找到bfqq则goto check_queue分支
42.         goto check_queue;
43.     }
44. keep_queue:
45.     return bfqq;
46. }

用stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_bfqq_expire") {{printf("%s %d 0x%x\n",execname(),tid(),$bfqq)}}'看下是否执行了bfq_bfqq_expire()函数，什么打印都没有。再用stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("idling_boosts_thr_without_issues").return {{printf("%s %d 0x%x\n",execname(),tid(),$return)}}'看下是否调用了idling_boosts_thr_without_issues函数，刷屏打印：

• kworker/3:1H 497 0x0
• kworker/3:1H 497 0x0
• kworker/3:1H 497 0x0
• kworker/3:1H 497 0x0
• kworker/3:1H 497 0x0

看来执行到了if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq)…)那个if判断，我认为这个if不成立，而是执行了else分支bfqq = NULL，然后goto keep_queue返回bfqq = NULL，这样就导致bfq_select_queue()函数一直返回NULL呀。怎么验证，启动crash工具，前文知道当前的bfqq指针是0xffffa06597e1c000：

• crash> bfq_queue 0xffffa06597e1c000 | grep wr_coeff
•   wr_coeff = 30,
• crash> bfq_data 0xffffa0657f07e800 | grep wr_busy_queues
•   wr_busy_queues = 1,
•  crash> bfq_queue 0xffffa06597e1c000 -x | grep flags
•   flags = 0xf2,
• crash> bfq_queue 0xffffa06597e1c000 | grep dispatched
•   dispatched = 2, //bfqq

BFQQF_has_short_ttime 是bit5 ,而现在 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 flags bit5是1，因此 if(!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&(bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||!bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))) 不成立，因此 否else 分支， bfqq=NULL，这就是 bfq_select_queue 返回的bfqq是NULL。神奇了，为什么会这样呢？

难道我在bfqq添加的代码影响到了 bfqq 算法？那段代码要成立，得先有更外边的 if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) || (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) 成立！而BFQQF_wait_request 是bit2，但bfqq的flags的bit2是0。bfqq->dispatched 是2，那应该是这个导致if ((bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) 成立。

验证一下 bfq_better_to_idle()返回true，stap --all-modules  -ve 'probe module("bfq").function("bfq_better_to_idle").return {{printf("%s %d bfqq:0x%x 0x%x\n",execname(),tid(),$bfqq,$return)}}'，刷屏打印：

• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1
• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1
• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1
• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1
• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1
• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1
• kworker/3:1H 497 bfqq:0xffffa06597e1c000 0x1

看来，如果 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 dispatched 是0，那if就不会成立了吗。但事实是bfqq->dispatched 始终是2！

看来问题的根源是 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 dispatched 始终是2，大于0 呀？神奇了，难道 我的代码导致 bfqq:0xffffa06597e1c000 的 dispatched 泄漏了，导致始终大于0？仔细分析我在__bfq_dispatch_request()中添加的代码，果然发现了问题，如下红色代码：

1. static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
2. {
3.     ....................
4.     rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5.   
6.     if (rq) {
7.             if(bfqd->queue->high_io_prio_enable)
8.             {
9.                     if(rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO){//高优先级IO
10.                         if(bfqd->bfq_high_io_prio_mode == 0){
11.                             bfqd->bfq_high_io_prio_mode = 1;
12.                             hrtimer_start(&bfqd->bfq_high_prio_timer, ms_to_ktime(5000),HRTIMER_MODE_REL);
13.                         }
14.                     }
15.                     else//非高优先级IO
16.                     {
17.                        if(bfqd->bfq_high_io_prio_mode)
18.                        {
19.                            //在 bfq_high_io_prio_mode 非0时间的5s内，如果遇到非high prio io，并且驱动队列IO个数大于限制，则把不派发该IO，而是临时添加到bfq_high_prio_tmp_list链表
20.                            if(bfqd->rq_in_driver >= HIGH_PRIO_IO_LIMIT){
21.                                 list_add_tail(&rq->queuelist,&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list);
22.                                 bfqq->dispatched --;
23.                                 bfqd->bfq_high_io_prio_count ++;
24.                                 return NULL;
25.                            }
26.                        }
27.                     }
28.            }
30.        if(list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list)){
31. inc_in_driver_start_rq:
32.             bfqd->rq_in_driver++;
33. start_rq:
34.             rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
35.         }
36.     }
37. exit:
38.     //1:如果是高优先级IO该if不成立，直接跳过。 2:如果非高优先级IO，则把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list尾，从链表头选一个rq派发 3:如果rq是NULL，则也从bfq_high_prio_tmp_list选一个rq派发
39.     if(((rq && !(rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO)) || !rq)){
40.        if(!list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list)){
41.              if(rq){
42.                  list_add_tail(&rq->queuelist,&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list);
43.                  bfqq->dispatched --;
44.                  bfqd->bfq_high_io_prio_count ++;
45.              }
47.              rq = list_first_entry(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list, struct request, queuelist);
48.              list_del_init(&rq->queuelist);
49.              bfqd->bfq_high_io_prio_count --;
50.              bfqq = RQ_BFQQ(rq);
51.              if(bfqq)
52.                  bfqq->dispatched++;
53.              bfqd->rq_in_driver++;
54.              rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
55.         }
56.     }
57.     return rq;
58. }

如果rq有 RQF_HIGH_PRIO属性，rq在派发时先有__bfq_dispatch_request->bfq_dispatch_rq_from_bfqq()默认的bfqq->dispatched++。回到__bfq_dispatch_request函数，如果 bfq_high_prio_tmp_list 链表空，那if(!list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list))不成立，就不会执行 rq->rq_flags |= RQF_STARTED 。再下边的 if(((rq && !(rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO)) || !rq)) 也不成立。于是再次错过了rq->rq_flags |= RQF_STARTED。

等rq传输完成，执行到bfq_finish_requeue_request函数

1. static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
2. {
3.     //由传输完成的IO请求rq得到bfqq
4.     struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5.     struct bfq_data *bfqd;
6.    
7.     if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
8.         unsigned long flags;
10.         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
11.         if (rq == bfqd->waited_rq)
12.             bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
13.         //IO传输完成重点执行的函数在这里
14.         bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
15.         bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
16.         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
17.     }
18. }
19. static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
20. {
21.     u64 now_ns;
22.     u32 delta_us;
24.     bfq_update_hw_tag(bfqd);
25.     //已经派发但是还没传输完成的reqIO请求个数
26.     bfqd->rq_in_driver--;
27.     //还没有传输完成的IO请求个数，为0表示所有的IO请求都传输完成了，跟bfqd->rq_in_driver类似
28.     bfqq->dispatched--;
29. }

因为 rq 没有 RQF_STARTED 标记，导致没有执行bfqq->dispatched--，这就导致bfqq->dispatched泄漏了。解决方法很简单，rq 有 RQF_HIGH_PRIO属性标记并且 bfq_high_prio_tmp_list 链表空时，也要执行 rq->rq_flags |= RQF_STARTED。把if(list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list))改成if((rq->rq_flags & RQF_HIGH_PRIO) || list_empty(&bfqd->bfq_high_prio_tmp_list))即可！

就是一个细节逻辑分析疏忽，导致了这么复杂的排查过程，服了！

最后，关于blk-mq内核派发rq的kworker/0:1H内核线程多了一层理解。blk_mq_do_dispatch_sched函数中，因为以后很多个rq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表， if (e->type->ops.has_work && !e->type->ops.has_work(hctx)) 不成立。于是执行 rq = e->type->ops.dispatch_request(hctx) 即 __bfq_dispatch_request()。

如果 进程在 执行__bfq_dispatch_request时，因为rq没有RQF_HIGH_PRIO属性，导致__bfq_dispatch_request返回NULL，即 rq = e->type->ops.dispatch_request(hctx) 返回NULL，那就执行 blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY) ，在kworker/0:1H 内核线程延迟派发rq。然后2ms后再次执行 blk_mq_do_dispatch_sched，重复上述流程，直到bfq_high_prio_tmp_list链表上的rq全派发完。然后bfq_high_prio_tmp_list链表空，kworker/0:1H 线程最后一次执行 blk_mq_do_dispatch_sched()，bfq_has_work返回NULL，if (e->type->ops.has_work && !e->type->ops.has_work(hctx)) 成立，最终退出rq派发。

相当于我利用了 blk-mq的 blk_mq_delay_run_hw_queues(q, BLK_MQ_BUDGET_DELAY) 延迟派发的特性，从而保证没有进程执行 __blk_mq_sched_dispatch_requests->blk_mq_do_dispatch_sched->blk_mq_dispatch_rq_list 派发rq时，也可以由内核线程 kworker/0:1H  延迟派发完所有的rq。这样我就不用担心rq暂存到bfq_high_prio_tmp_list链表后，会导致这些rq无法被进程主动派发了！

3：bfqq->dispatched和rq暂存bfq_high_prio_tmp_list链表的深入分析

我在bfq添加的代码，有多处 执行 bfqq->dispatched -- 和 bfqq->dispatched ++。本身rq在rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 里已经执行 bfqq->dispatched ++。我在bfq添加的 bfqq->dispatched -- 和 bfqq->dispatched ++ 是否会影响bfq算法呢？我原本的意思是，rq如果 添加到 bfq_high_prio_tmp_list链表，那就bfqq->dispatched --，等rq真正派发时再 bfqq->dispatched ++。但是这样有问题，如果rq在bfq_high_prio_tmp_list链表停留时间过长，因为提前 bfqq->dispatched --，如果这是bfqq的最后一个rq，就相当于bfqq的所有rq全派发完成了。

但实际并没有，只是rq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表而已。如果 bfqq->dispatched 是0了，那估计会影响bfqq过期失效，从st->active tree剔除。这样，等该bfqq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list链表上的rq终于派发了，再 bfqq->dispatched ++。这样就有问题了，因为该bfqq可能已经被新进程拥有了！这样分析，我的代码里不应该 bfqq->dispatched ++ 和 bfqq->dispatched --。不对，分析错了。因为先有 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 里的 bfqq->dispatched ++，然后再有我的代码里的 bfqq->dispatched --，这就相当于该bfqq上的rq并没有派发呀，rq还保存在bfqq上，这样bfqq也不会过期失效的！！！！！！

但是，我的bfq代码是否可以放到 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq); 前边呢？因为 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 执行过后，相当于rq就从bfqq上的链表剔除了，而我把该rq长时间保存在 bfq_high_prio_tmp_list链表，可能会影响bfq算法呀。因为正常 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 执行过的rq很快就会传输成功呀。而我是把rq暂存在bfq_high_prio_tmp_list链表，可能要过一段时间才会传输完成。

并且 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 选中要派发的rq一定来自bfqq->next_rq ，并且还会执行 bfq_dispatch_rq_from_bfqq->bfq_bfqq_served 把rq传输消耗的配额累加到rq所属bfqq的entity->service，然后我把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表。如果这个bfqq的配额正好消耗光了，那bfqq就会过期失效。等从bfq_high_prio_tmp_list链表再取出这个rq，rq所属的bfqq已经过期失效了，然后的代码里却 bfqq->dispatched++ 。然后派发给驱动，等rq传输完成，执行bfq_completed_request()，还要 bfqq->dispatched--。这样就会有问题了，因为bfqq已经过期失效了！

问题来了，rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq)从bfqq取出rq，然后把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表后，rq和原属的bfqq要不要彻底脱离关系???不脱离关系，那rq在bfq_high_prio_tmp_list链表暂存时，bfqq可能因配额消耗光而失效。这样从bfq_high_prio_tmp_list链表取出该rq后，使用rq的bfqq已经过期失效了？不能再按照原流程处理了！那怎么办？rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq)从bfqq取出rq，然后把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表后：先执行bfqq->dispatched--，这制造一个假象，这个rq传输完成了！因为正常bfqq->dispatched--就说明rq传输完成了。然后执行 rq->elv.priv[0] = NULL 和 rq->elv.priv[1] = NULL ，令rq所属的bfqq是NULL，这样rq和bfqq就脱离关系了！接着，从bfq_high_prio_tmp_list链表取出该rq后，不再执行bfqq->dispatched++，因为rq不再属于哪个 bfqq了，接着派发该rq。然后在该rq传输完成后，执行bfq_finish_requeue_request()函数，因rq所属bfqq是NULL，则直接返回，不会再执行bfq_completed_request()令bfqq->dispatched--了。

但是这个方案也有一个问题，因为正常情况，rq传输完成后，会执行 bfq_finish_requeue_request->bfq_completed_request()，更新很多bfqq参数，这些与bfq算法紧密相关。而我的bfq优化算法，一旦rq加入 bfq_high_prio_tmp_list链表，就要令rq所属bfqq是NULL，然后rq传输完成后就执行不了 bfq_finish_requeue_request->bfq_completed_request() 了，影响了bfqq参数更新，肯定会对bfq算法造成影响。左右为难，没有一个完美的解法。

不对，想来想去，还是有解法的！执行 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 后，然后执行我添加的bfq代码时，把rq添加到bfq_high_prio_tmp_list链表。但是把bfqq->dispatched++ 和 bfqq->dispatched-- 都去掉，其他代码不修改。之后 rq所属bfqq可能过期失效，从st->active tree 移动到 st->idle tree。但是该bfqq可能会被完全释放吗？不会，第一，bfqq所属的进程派发的rq，还有保存在bfq_high_prio_tmp_list链表，进程必须等这些rq派发完才会退出。我之前说添加到bfq_high_prio_tmp_list链表的rq的bfqq可能被释放，bfqq会被新的进程有用，这个说法是错误的。什么情况下bfqq才会被释放呢？ 在 bfq_put_queue()函数释放bfqq，但是前提是 bfqq->ref 是0。每向bfqq插入一个rq则bfqq->ref ++，看来只有bfqq上的rq全派发完才有可能 bfqq->ref是0。然后才有概率 bfq_forget_entity()-> bfq_put_queue()中因 bfqq->ref为0 而释放掉 bfqq。因此，即便 bfqq 的rq有插入 bfq_high_prio_tmp_list 链表的，然后bfqq上的rq全派发完了，bfqq过期失效，也不会释放bfqq。应该是这样！

因此，我的分析：把 rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(里边有bfqq->dispatched++ )上的rq插入bfq_high_prio_tmp_list链表后，不再 bfqq->dispatched--，就相当于该rq还是属于bfqq，只不过换了一个保存位置而已。只不过延迟派发给驱动而已。想想，即便没有我的代码，rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq) 选中的rq直接派发给驱动，在磁盘阵列驱动繁忙时，rq也是暂存在磁盘驱动队列，这个rq也无法直接派发给磁盘硬件。rq暂存在磁盘驱动队列，我的bfq代码是把rq暂存在 bfq_high_prio_tmp_list 链表，都是延迟派发，有什么区别呢？