OSDN Git Service

Merge tag 'dma-mapping-5.18' of git://git.infradead.org/users/hch/dma-mapping
[uclinux-h8/linux.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/ktime.h>
121 #include <linux/rbtree.h>
122 #include <linux/ioprio.h>
123 #include <linux/sbitmap.h>
124 #include <linux/delay.h>
125 #include <linux/backing-dev.h>
126
127 #include <trace/events/block.h>
128
129 #include "elevator.h"
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-tag.h"
133 #include "blk-mq-sched.h"
134 #include "bfq-iosched.h"
135 #include "blk-wbt.h"
136
137 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
138 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
139 {                                                                       \
140         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
141 }                                                                       \
142 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
143 {                                                                       \
144         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
145 }                                                                       \
146 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
147 {                                                                       \
148         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
149 }
150
151 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
152 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
153 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
154 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
155 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
156 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
157 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
158 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
159 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
160 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
162 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
163 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
164
165 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
166 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
167
168 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
169 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
170
171 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
172 static const int bfq_back_penalty = 2;
173
174 /* Idling period duration, in ns. */
175 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
176
177 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
178 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
179
180 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
181 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
182
183 /*
184  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
185  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
186  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
187  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
188  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
189  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
190  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
191  * writes to steal I/O throughput to reads.
192  *
193  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
194  * several hardware and software configurations. We tried to find the
195  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
196  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
197  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
198  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
199  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
200  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
201  */
202 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
203
204 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
205 const int bfq_timeout = HZ / 8;
206
207 /*
208  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
209  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
210  * removing false positives, while not causing true positives to miss
211  * queue merging.
212  *
213  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
214  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
215  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
216  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
217  * little chance to find cooperators.
218  */
219 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
220
221 static struct kmem_cache *bfq_pool;
222
223 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
224 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
225
226 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
227 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
228 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
229
230 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
231 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
232 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
233         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
234          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
235          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
236           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
237 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
238 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
239 /*
240  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
241  * because it is characterized by limited throughput and apparently
242  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
243  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
244  * as soft real-time.
245  */
246 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
247
248 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
249 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
250 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
252 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
253 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
254
255 /*
256  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
257  * With
258  * - the current shift: 16 positions
259  * - the current type used to store rate: u32
260  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
261  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
262  * the range of rates that can be stored is
263  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
264  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
265  * [15, 65G] sectors/sec
266  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
267  * [7.5K, 33T] B/sec
268  */
269 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
270
271 /*
272  * When configured for computing the duration of the weight-raising
273  * for interactive queues automatically (see the comments at the
274  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
275  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
276  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
277  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
278  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
279  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
280  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
281  * applications on the reference device (see the comments on
282  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
283  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
284  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
285  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
286  * weight raising to interactive applications.
287  *
288  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
289  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
290  *
291  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
292  * are the reference values for a rotational device, whereas
293  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
294  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
295  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
296  * values. The reason for using slightly lower values is that the
297  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
298  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
299  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
300  * I/O).
301  *
302  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
303  * by BFQ_RATE_SHIFT.
304  */
305 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
306 /*
307  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
308  * the following array, which entails that the array can be
309  * initialized only in a function.
310  */
311 static int ref_wr_duration[2];
312
313 /*
314  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
315  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
316  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
317  * doing I/O for much longer than the duration of weight
318  * raising. These applications have basically no benefit from being
319  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
320  * while being weight-raised, these applications
321  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
322  * low latency;
323  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
324  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
325  * increase latencies when used purposelessly.
326  *
327  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
328  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
329  * finish explaining how the duration of weight-raising for
330  * interactive tasks is computed.
331  *
332  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
333  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
334  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
335  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
336  * largest task, we mean the task for which each involved process has
337  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
338  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
339  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
340  * sectors transferred.
341  *
342  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
343  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
344  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
345  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
346  * processes of these applications usually consume the above 110K
347  * sectors in much less time than the processes of an application that
348  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
349  * almost all their CPU cycles only to their target,
350  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
351  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
352  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
353  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
354  * have no right to be weight-raised any longer.
355  *
356  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
357  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
358  * service at least equal to the following constant. The constant is
359  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
360  *
361  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
362  * during which interactive false positives cause the two problems
363  * described at the beginning of these comments.
364  */
365 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
366
367 /*
368  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
369  * to be activated (in ms)
370  */
371 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
372 /*
373  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
374  */
375 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
376
377 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
378 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
379
380 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
381 {
382         return bic->bfqq[is_sync];
383 }
384
385 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
386
387 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
388 {
389         /*
390          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
391          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
392          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
393          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
394          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
395          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
396          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
397          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
398          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
399          * we cancel the stable merge if
400          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
401          */
402         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
403
404         if (bfqq && bic->stable_merge_bfqq == bfqq) {
405                 /*
406                  * Actually, these same instructions are executed also
407                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
408                  * execution of a stable merge. We could avoid
409                  * repeating these instructions there too, but if we
410                  * did so, we would nest even more complexity in this
411                  * function.
412                  */
413                 bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
414
415                 bic->stable_merge_bfqq = NULL;
416         }
417 }
418
419 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
420 {
421         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
422 }
423
424 /**
425  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
426  * @icq: the iocontext queue.
427  */
428 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
429 {
430         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
431         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
432 }
433
434 /**
435  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
436  * @q: the request queue.
437  */
438 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct request_queue *q)
439 {
440         struct bfq_io_cq *icq;
441         unsigned long flags;
442
443         if (!current->io_context)
444                 return NULL;
445
446         spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
447         icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(q));
448         spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
449
450         return icq;
451 }
452
453 /*
454  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
455  * driver that will restart queueing.
456  */
457 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
458 {
459         if (bfqd->queued != 0) {
460                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
461                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
462         }
463 }
464
465 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
466
467 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
468
469 /*
470  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
471  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
472  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
473  */
474 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
475                                       struct request *rq1,
476                                       struct request *rq2,
477                                       sector_t last)
478 {
479         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
480         unsigned long back_max;
481 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
482 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
483         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
484
485         if (!rq1 || rq1 == rq2)
486                 return rq2;
487         if (!rq2)
488                 return rq1;
489
490         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
491                 return rq1;
492         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
493                 return rq2;
494         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
495                 return rq1;
496         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
497                 return rq2;
498
499         s1 = blk_rq_pos(rq1);
500         s2 = blk_rq_pos(rq2);
501
502         /*
503          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
504          */
505         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
506
507         /*
508          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
509          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
510          * similar forward seek.
511          */
512         if (s1 >= last)
513                 d1 = s1 - last;
514         else if (s1 + back_max >= last)
515                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
516         else
517                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
518
519         if (s2 >= last)
520                 d2 = s2 - last;
521         else if (s2 + back_max >= last)
522                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
523         else
524                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
525
526         /* Found required data */
527
528         /*
529          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
530          * check two variables for all permutations: --> faster!
531          */
532         switch (wrap) {
533         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
534                 if (d1 < d2)
535                         return rq1;
536                 else if (d2 < d1)
537                         return rq2;
538
539                 if (s1 >= s2)
540                         return rq1;
541                 else
542                         return rq2;
543
544         case BFQ_RQ2_WRAP:
545                 return rq1;
546         case BFQ_RQ1_WRAP:
547                 return rq2;
548         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
549         default:
550                 /*
551                  * Since both rqs are wrapped,
552                  * start with the one that's further behind head
553                  * (--> only *one* back seek required),
554                  * since back seek takes more time than forward.
555                  */
556                 if (s1 <= s2)
557                         return rq1;
558                 else
559                         return rq2;
560         }
561 }
562
563 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
564
565 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
566 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
567 {
568         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
569         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
570         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
571         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
572         int depth, level;
573         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
574         struct bfq_sched_data *sched_data;
575         unsigned long wsum;
576         bool ret = false;
577
578         if (!entity->on_st_or_in_serv)
579                 return false;
580
581         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
582         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
583         if (depth > BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH) {
584                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
585                 if (!entities)
586                         return false;
587         }
588
589         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
590         sched_data = entity->sched_data;
591         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
592         level = 0;
593         for_each_entity(entity) {
594                 /*
595                  * If at some level entity is not even active, allow request
596                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
597                  * entities.
598                  */
599                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
600                         goto out;
601                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
602                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
603                         break;
604                 entities[level++] = entity;
605         }
606         WARN_ON_ONCE(level != depth);
607         for (level--; level >= 0; level--) {
608                 entity = entities[level];
609                 if (level > 0) {
610                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
611                 } else {
612                         int i;
613                         /*
614                          * For bfqq itself we take into account service trees
615                          * of all higher priority classes and multiply their
616                          * weights so that low prio queue from higher class
617                          * gets more requests than high prio queue from lower
618                          * class.
619                          */
620                         wsum = 0;
621                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
622                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
623                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
624                         }
625                 }
626                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
627                 if (entity->allocated >= limit) {
628                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
629                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
630                                 entity->allocated, limit, level);
631                         ret = true;
632                         break;
633                 }
634         }
635 out:
636         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
637         if (entities != inline_entities)
638                 kfree(entities);
639         return ret;
640 }
641 #else
642 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
643 {
644         return false;
645 }
646 #endif
647
648 /*
649  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
650  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
651  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
652  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
653  * problems.
654  *
655  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
656  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
657  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
658  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
659  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
660  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
661  * algorithm.
662  */
663 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
664 {
665         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
666         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
667         struct bfq_queue *bfqq = bic ? bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(op)) : NULL;
668         int depth;
669         unsigned limit = data->q->nr_requests;
670
671         /* Sync reads have full depth available */
672         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op)) {
673                 depth = 0;
674         } else {
675                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
676                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
677         }
678
679         /*
680          * Does queue (or any parent entity) exceed number of requests that
681          * should be available to it? Heavily limit depth so that it cannot
682          * consume more available requests and thus starve other entities.
683          */
684         if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit))
685                 depth = 1;
686
687         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
688                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op), depth);
689         if (depth)
690                 data->shallow_depth = depth;
691 }
692
693 static struct bfq_queue *
694 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
695                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
696                      struct rb_node ***rb_link)
697 {
698         struct rb_node **p, *parent;
699         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
700
701         parent = NULL;
702         p = &root->rb_node;
703         while (*p) {
704                 struct rb_node **n;
705
706                 parent = *p;
707                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
708
709                 /*
710                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
711                  * largest to the right.
712                  */
713                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
714                         n = &(*p)->rb_right;
715                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
716                         n = &(*p)->rb_left;
717                 else
718                         break;
719                 p = n;
720                 bfqq = NULL;
721         }
722
723         *ret_parent = parent;
724         if (rb_link)
725                 *rb_link = p;
726
727         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
728                 (unsigned long long)sector,
729                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
730
731         return bfqq;
732 }
733
734 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
735 {
736         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
737                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
738                                        bfq_merge_time_limit);
739 }
740
741 /*
742  * The following function is not marked as __cold because it is
743  * actually cold, but for the same performance goal described in the
744  * comments on the likely() at the beginning of
745  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
746  * execution time for the case where this function is not invoked, we
747  * had to add an unlikely() in each involved if().
748  */
749 void __cold
750 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
751 {
752         struct rb_node **p, *parent;
753         struct bfq_queue *__bfqq;
754
755         if (bfqq->pos_root) {
756                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
757                 bfqq->pos_root = NULL;
758         }
759
760         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
761         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
762                 return;
763
764         /*
765          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
766          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
767          * position tree.
768          */
769         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
770                 return;
771
772         if (bfq_class_idle(bfqq))
773                 return;
774         if (!bfqq->next_rq)
775                 return;
776
777         bfqq->pos_root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
778         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
779                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
780         if (!__bfqq) {
781                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
782                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
783         } else
784                 bfqq->pos_root = NULL;
785 }
786
787 /*
788  * The following function returns false either if every active queue
789  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
790  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
791  * throughput lower than or equal to the share that every other active
792  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
793  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
794  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
795  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
796  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
797  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
798  * be avoided.
799  *
800  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
801  * 1) all active queues have the same weight,
802  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
803  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
804  *    weight,
805  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
806  *    number of children.
807  *
808  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
809  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
810  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
811  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
812  * much easier to maintain the needed state:
813  * 1) all active queues have the same weight,
814  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
815  * 3) there are no active groups.
816  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
817  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
818  * needs to be maintained in this case.
819  */
820 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
821                                    struct bfq_queue *bfqq)
822 {
823         bool smallest_weight = bfqq &&
824                 bfqq->weight_counter &&
825                 bfqq->weight_counter ==
826                 container_of(
827                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
828                         struct bfq_weight_counter,
829                         weights_node);
830
831         /*
832          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
833          * at least two nodes.
834          */
835         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
836                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
837                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
838                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
839
840         bool multiple_classes_busy =
841                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
842                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
843                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
844
845         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
846 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
847                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
848 #endif
849                 ;
850 }
851
852 /*
853  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
854  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
855  * increment the existing counter.
856  *
857  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
858  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
859  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
860  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
861  * are not inserted in the tree.
862  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
863  * should be low too.
864  */
865 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
866                           struct rb_root_cached *root)
867 {
868         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
869         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
870         bool leftmost = true;
871
872         /*
873          * Do not insert if the queue is already associated with a
874          * counter, which happens if:
875          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
876          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
877          *      backlogged; in this respect, each of the two events
878          *      causes an invocation of this function,
879          *   2) this is the invocation of this function caused by the
880          *      second event. This second invocation is actually useless,
881          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
882          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
883          */
884         if (bfqq->weight_counter)
885                 return;
886
887         while (*new) {
888                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
889                                                 struct bfq_weight_counter,
890                                                 weights_node);
891                 parent = *new;
892
893                 if (entity->weight == __counter->weight) {
894                         bfqq->weight_counter = __counter;
895                         goto inc_counter;
896                 }
897                 if (entity->weight < __counter->weight)
898                         new = &((*new)->rb_left);
899                 else {
900                         new = &((*new)->rb_right);
901                         leftmost = false;
902                 }
903         }
904
905         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
906                                        GFP_ATOMIC);
907
908         /*
909          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
910          * exit. This will cause the weight of queue to not be
911          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
912          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
913          * bfqq's weight would have been the only weight making the
914          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
915          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
916          * invocation of this function is triggered by an activation
917          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
918          * if !bfqq->weight_counter.
919          */
920         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
921                 return;
922
923         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
924         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
925         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
926                                 leftmost);
927
928 inc_counter:
929         bfqq->weight_counter->num_active++;
930         bfqq->ref++;
931 }
932
933 /*
934  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
935  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
936  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
937  * about overhead.
938  */
939 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
940                                struct bfq_queue *bfqq,
941                                struct rb_root_cached *root)
942 {
943         if (!bfqq->weight_counter)
944                 return;
945
946         bfqq->weight_counter->num_active--;
947         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
948                 goto reset_entity_pointer;
949
950         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
951         kfree(bfqq->weight_counter);
952
953 reset_entity_pointer:
954         bfqq->weight_counter = NULL;
955         bfq_put_queue(bfqq);
956 }
957
958 /*
959  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
960  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
961  */
962 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
963                              struct bfq_queue *bfqq)
964 {
965         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
966
967         for_each_entity(entity) {
968                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
969
970                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
971                         /*
972                          * entity is still active, because either
973                          * next_in_service or in_service_entity is not
974                          * NULL (see the comments on the definition of
975                          * next_in_service for details on why
976                          * in_service_entity must be checked too).
977                          *
978                          * As a consequence, its parent entities are
979                          * active as well, and thus this loop must
980                          * stop here.
981                          */
982                         break;
983                 }
984
985                 /*
986                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
987                  * not performed immediately upon the deactivation of
988                  * entity, but it is delayed to when it also happens
989                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
990                  * all its pending requests completed. The following
991                  * instructions perform this delayed decrement, if
992                  * needed. See the comments on
993                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
994                  */
995                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
996                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
997                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
998                 }
999         }
1000
1001         /*
1002          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
1003          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
1004          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
1005          * function invocation.
1006          */
1007         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
1008                                   &bfqd->queue_weights_tree);
1009 }
1010
1011 /*
1012  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
1013  */
1014 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
1015                                       struct request *last)
1016 {
1017         struct request *rq;
1018
1019         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
1020                 return NULL;
1021
1022         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
1023
1024         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
1025
1026         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
1027                 return NULL;
1028
1029         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
1030         return rq;
1031 }
1032
1033 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1034                                         struct bfq_queue *bfqq,
1035                                         struct request *last)
1036 {
1037         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1038         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1039         struct request *next, *prev = NULL;
1040
1041         /* Follow expired path, else get first next available. */
1042         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1043         if (next)
1044                 return next;
1045
1046         if (rbprev)
1047                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1048
1049         if (rbnext)
1050                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1051         else {
1052                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1053                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1054                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1055         }
1056
1057         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1058 }
1059
1060 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1061 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1062                                         struct bfq_queue *bfqq)
1063 {
1064         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1065             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1066                 return blk_rq_sectors(rq);
1067
1068         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1069 }
1070
1071 /**
1072  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1073  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1074  * @bfqq: the queue to update.
1075  *
1076  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1077  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1078  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1079  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1080  * rounds to actually get it dispatched.
1081  */
1082 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1083                                  struct bfq_queue *bfqq)
1084 {
1085         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1086         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1087         unsigned long new_budget;
1088
1089         if (!next_rq)
1090                 return;
1091
1092         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1093                 /*
1094                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1095                  * changed after an entity has been selected.
1096                  */
1097                 return;
1098
1099         new_budget = max_t(unsigned long,
1100                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1101                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1102                            entity->service);
1103         if (entity->budget != new_budget) {
1104                 entity->budget = new_budget;
1105                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1106                                          new_budget);
1107                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1108         }
1109 }
1110
1111 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1112 {
1113         u64 dur;
1114
1115         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1116                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1117
1118         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1119         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1120
1121         /*
1122          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1123          * has been conservatively set after the following worst case:
1124          * on a QEMU/KVM virtual machine
1125          * - running in a slow PC
1126          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1127          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1128          *   of several files
1129          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1130          *
1131          * As for higher values than that accommodating the above bad
1132          * scenario, tests show that higher values would often yield
1133          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1134          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1135          * preserve weight raising for too long.
1136          *
1137          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1138          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1139          * before weight-raising finishes.
1140          */
1141         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1142 }
1143
1144 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1145 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1146                                           struct bfq_data *bfqd)
1147 {
1148         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1149         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1150         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1151 }
1152
1153 static void
1154 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1155                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1156 {
1157         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1158         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1159
1160         if (bic->saved_has_short_ttime)
1161                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1162         else
1163                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1164
1165         if (bic->saved_IO_bound)
1166                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1167         else
1168                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1169
1170         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1171         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1172         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1173
1174         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1175         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1176         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1177         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1178         /*
1179          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1180          */
1181         if (bfqd->low_latency) {
1182                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1183                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1184         }
1185         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1186         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1187         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1188         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1189
1190         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1191             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1192                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1193                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1194                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1195                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1196                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1197                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1198                 } else {
1199                         bfqq->wr_coeff = 1;
1200                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1201                                      "resume state: switching off wr");
1202                 }
1203         }
1204
1205         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1206         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1207
1208         if (likely(!busy))
1209                 return;
1210
1211         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1212                 bfqd->wr_busy_queues++;
1213         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1214                 bfqd->wr_busy_queues--;
1215 }
1216
1217 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1218 {
1219         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1220                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1221                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1222 }
1223
1224 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1225 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1226 {
1227         struct bfq_queue *item;
1228         struct hlist_node *n;
1229
1230         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1231                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1232
1233         /*
1234          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1235          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1236          * bfq_handle_burst().
1237          */
1238         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1239                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1240                 bfqd->burst_size = 1;
1241         } else
1242                 bfqd->burst_size = 0;
1243
1244         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1245 }
1246
1247 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1248 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1249 {
1250         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1251         bfqd->burst_size++;
1252
1253         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1254                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1255                 struct hlist_node *n;
1256
1257                 /*
1258                  * Enough queues have been activated shortly after each
1259                  * other to consider this burst as large.
1260                  */
1261                 bfqd->large_burst = true;
1262
1263                 /*
1264                  * We can now mark all queues in the burst list as
1265                  * belonging to a large burst.
1266                  */
1267                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1268                                      burst_list_node)
1269                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1270                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1271
1272                 /*
1273                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1274                  * new queue being activated shortly after the last queue
1275                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1276                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1277                  * needed any more. Remove it.
1278                  */
1279                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1280                                           burst_list_node)
1281                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1282         } else /*
1283                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1284                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1285                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1286                 * in put_queue.
1287                 */
1288                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1289 }
1290
1291 /*
1292  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1293  * shortly after each other, then the processes associated with these
1294  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1295  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1296  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1297  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1298  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1299  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1300  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1301  *
1302  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1303  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1304  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1305  * treated in a different way.
1306  *
1307  * The above services or applications benefit mostly from a high
1308  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1309  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1310  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1311  * which also implies idling the device for it, is almost always
1312  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1313  * these new queues from. If there no other active queues, then
1314  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1315  * cases.
1316  *
1317  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1318  * the start of an application that does not consist of a lot of
1319  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1320  * several short processes may need to be executed to start-up the
1321  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1322  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1323  * related to the application with respect to all other
1324  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1325  * an application that causes a burst of queue creations is to
1326  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1327  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1328  *
1329  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1330  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1331  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1332  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1333  * larger size than that threshold are apparently caused by
1334  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1335  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1336  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1337  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1338  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1339  * exact choice depends on the device and request pattern at
1340  * hand.
1341  *
1342  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1343  * is starting (e.g., an application is being started). The
1344  * consequence is that the queues associated with the task do not
1345  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1346  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1347  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1348  *
1349  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1350  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1351  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1352  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1353  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1354  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1355  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1356  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1357  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1358  * large. The main steps are the following.
1359  *
1360  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1361  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1362  *
1363  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1364  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1365  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1366  *   Q to the burst list
1367  *
1368  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1369  *   the large-burst threshold, then
1370  *
1371  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1372  *       large burst
1373  *
1374  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1375  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1376  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1377  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1378  *
1379  *     . the device enters a large-burst mode
1380  *
1381  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1382  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1383  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1384  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1385  *   as belonging to a large burst.
1386  *
1387  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1388  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1389  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1390  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1391  *
1392  *        . the large-burst mode is reset if set
1393  *
1394  *        . the burst list is emptied
1395  *
1396  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1397  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1398  *          after this step).
1399  */
1400 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1401 {
1402         /*
1403          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1404          * burst, or finally has just been split, then there is
1405          * nothing else to do.
1406          */
1407         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1408             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1409             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1410                                      msecs_to_jiffies(10)))
1411                 return;
1412
1413         /*
1414          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1415          * a different group than the burst group, then the current
1416          * burst is finished, and related data structures must be
1417          * reset.
1418          *
1419          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1420          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1421          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1422          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1423          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1424          * following condition is true, bfqq will end up being
1425          * inserted into the burst list. In particular the list will
1426          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1427          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1428          * burst.
1429          */
1430         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1431             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1432             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1433                 bfqd->large_burst = false;
1434                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1435                 goto end;
1436         }
1437
1438         /*
1439          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1440          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1441          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1442          */
1443         if (bfqd->large_burst) {
1444                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1445                 goto end;
1446         }
1447
1448         /*
1449          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1450          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1451          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1452          */
1453         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1454 end:
1455         /*
1456          * At this point, bfqq either has been added to the current
1457          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1458          * possible new burst to start. In particular, in the second
1459          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1460          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1461          * forward.
1462          */
1463         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1464 }
1465
1466 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1467 {
1468         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1469
1470         return entity->budget - entity->service;
1471 }
1472
1473 /*
1474  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1475  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1476  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1477  */
1478 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1479 {
1480         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1481                 return bfq_default_max_budget;
1482         else
1483                 return bfqd->bfq_max_budget;
1484 }
1485
1486 /*
1487  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1488  * max budget (trying with 1/32)
1489  */
1490 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1491 {
1492         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1493                 return bfq_default_max_budget / 32;
1494         else
1495                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1496 }
1497
1498 /*
1499  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1500  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1501  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1502  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1503  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1504  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1505  * goals below.
1506  *
1507  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1508  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1509  * expired for one of the following two reasons:
1510  *
1511  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1512  *   and did not make it to issue a new request before its last
1513  *   request was served;
1514  *
1515  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1516  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1517  *
1518  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1519  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1520  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1521  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1522  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1523  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1524  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1525  * one full budget of another queue before being served again, then
1526  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1527  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1528  * to be taken.
1529  *
1530  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1531  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1532  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1533  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1534  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1535  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1536  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1537  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1538  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1539  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1540  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1541  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1542  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1543  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1544  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1545  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1546  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1547  * on this tricky aspect).
1548  *
1549  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1550  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1551  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1552  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1553  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1554  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1555  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1556  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1557  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1558  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1559  * causing a little loss of bandwidth.
1560  *
1561  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1562  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1563  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1564  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1565  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1566  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1567  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1568  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1569  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1570  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1571  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1572  * __bfq_activate_entity.
1573  *
1574  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1575  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1576  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1577  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1578  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1579  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1580  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1581  * outstanding requests mentioned above.
1582  *
1583  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1584  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1585  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1586  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1587  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1588  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1589  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1590  * know whether preemption is needed without needing to update service
1591  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1592  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1593  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1594  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1595  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1596  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1597  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1598  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1599  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1600  * responsibility of handling the above case 2.
1601  */
1602 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1603                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1604                                                 bool arrived_in_time)
1605 {
1606         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1607
1608         /*
1609          * In the next compound condition, we check also whether there
1610          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1611          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1612          * would be expired immediately after being selected for
1613          * service. This would only cause useless overhead.
1614          */
1615         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1616             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1617                 /*
1618                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1619                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1620                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1621                  * cleared right after).
1622                  */
1623
1624                 /*
1625                  * In next assignment we rely on that either
1626                  * entity->service or entity->budget are not updated
1627                  * on expiration if bfqq is empty (see
1628                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1629                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1630                  * following statement therefore assigns to
1631                  * entity->budget the remaining budget on such an
1632                  * expiration.
1633                  */
1634                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1635                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1636                                        bfqq->max_budget);
1637
1638                 /*
1639                  * At this point, we have used entity->service to get
1640                  * the budget left (needed for updating
1641                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1642                  * reset entity->service. The latter must be reset
1643                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1644                  * the service it has received during its previous
1645                  * service slot(s).
1646                  */
1647                 entity->service = 0;
1648
1649                 return true;
1650         }
1651
1652         /*
1653          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1654          */
1655         entity->service = 0;
1656         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1657                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1658         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1659         return false;
1660 }
1661
1662 /*
1663  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1664  * macros.
1665  */
1666 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1667 {
1668         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1669 }
1670
1671 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1672                                              struct bfq_queue *bfqq,
1673                                              unsigned int old_wr_coeff,
1674                                              bool wr_or_deserves_wr,
1675                                              bool interactive,
1676                                              bool in_burst,
1677                                              bool soft_rt)
1678 {
1679         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1680                 /* start a weight-raising period */
1681                 if (interactive) {
1682                         bfqq->service_from_wr = 0;
1683                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1684                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1685                 } else {
1686                         /*
1687                          * No interactive weight raising in progress
1688                          * here: assign minus infinity to
1689                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1690                          * that, at the end of the soft-real-time
1691                          * weight raising periods that is starting
1692                          * now, no interactive weight-raising period
1693                          * may be wrongly considered as still in
1694                          * progress (and thus actually started by
1695                          * mistake).
1696                          */
1697                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1698                                 bfq_smallest_from_now();
1699                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1700                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1701                         bfqq->wr_cur_max_time =
1702                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1703                 }
1704
1705                 /*
1706                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1707                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1708                  * scheduling-error component due to a too large
1709                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1710                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1711                  * too small budget either, to avoid increasing
1712                  * latency by causing too frequent expirations.
1713                  */
1714                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1715                                             bfqq->entity.budget,
1716                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1717         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1718                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1719                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1720                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1721                 } else if (in_burst)
1722                         bfqq->wr_coeff = 1;
1723                 else if (soft_rt) {
1724                         /*
1725                          * The application is now or still meeting the
1726                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1727                          * can then correctly and safely (re)charge
1728                          * the weight-raising duration for the
1729                          * application with the weight-raising
1730                          * duration for soft rt applications.
1731                          *
1732                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1733                          * before the weight-raising period for the
1734                          * application finishes, reduces the probability
1735                          * of the following negative scenario:
1736                          * 1) the weight of a soft rt application is
1737                          *    raised at startup (as for any newly
1738                          *    created application),
1739                          * 2) since the application is not interactive,
1740                          *    at a certain time weight-raising is
1741                          *    stopped for the application,
1742                          * 3) at that time the application happens to
1743                          *    still have pending requests, and hence
1744                          *    is destined to not have a chance to be
1745                          *    deemed soft rt before these requests are
1746                          *    completed (see the comments to the
1747                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1748                          *    for details on soft rt detection),
1749                          * 4) these pending requests experience a high
1750                          *    latency because the application is not
1751                          *    weight-raised while they are pending.
1752                          */
1753                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1754                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1755                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1756                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1757
1758                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1759                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1760                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1761                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1762                         }
1763                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1764                 }
1765         }
1766 }
1767
1768 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1769                                         struct bfq_queue *bfqq)
1770 {
1771         return bfqq->dispatched == 0 &&
1772                 time_is_before_jiffies(
1773                         bfqq->budget_timeout +
1774                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1775 }
1776
1777
1778 /*
1779  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1780  * weight than the in-service queue.
1781  */
1782 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1783                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1784 {
1785         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1786
1787         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1788                 return true;
1789
1790         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1791                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1792                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1793         } else {
1794                 if (bfqq->entity.parent)
1795                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1796                 else
1797                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1798                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1799                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1800                 else
1801                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1802         }
1803
1804         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1805 }
1806
1807 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1808
1809 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1810                                              struct bfq_queue *bfqq,
1811                                              int old_wr_coeff,
1812                                              struct request *rq,
1813                                              bool *interactive)
1814 {
1815         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1816                 bfqq_wants_to_preempt,
1817                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1818                 /*
1819                  * See the comments on
1820                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1821                  * details on the usage of the next variable.
1822                  */
1823                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1824                         bfqq->ttime.last_end_request +
1825                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1826
1827
1828         /*
1829          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1830          * - it is sync,
1831          * - it does not belong to a large burst,
1832          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1833          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1834          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1835          *   to control its weight explicitly)
1836          */
1837         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1838         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1839                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1840                 !in_burst &&
1841                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1842                 bfqq->dispatched == 0 &&
1843                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1844         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1845                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1846         /*
1847          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1848          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1849          * are usually created for non-interactive and
1850          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1851          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1852          * they are created shortly after each other. So they may
1853          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1854          * application, if the application happens to spawn multiple
1855          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1856          * raising.
1857          */
1858         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1859                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1860                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1861                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1862                    (*interactive || soft_rt)));
1863
1864         /*
1865          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1866          * may want to preempt the in-service queue.
1867          */
1868         bfqq_wants_to_preempt =
1869                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1870                                                     arrived_in_time);
1871
1872         /*
1873          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1874          * idle for much more than an interactive queue, then we
1875          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1876          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1877          * to be treated as a queue belonging to a burst
1878          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1879          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1880          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1881          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1882          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1883          * a burst.
1884          */
1885         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1886             idle_for_long_time &&
1887             time_is_before_jiffies(
1888                     bfqq->budget_timeout +
1889                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1890                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1891                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1892         }
1893
1894         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1895
1896         if (bfqd->low_latency) {
1897                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1898                         /* wraparound */
1899                         bfqq->split_time =
1900                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1901
1902                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1903                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1904                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1905                                                          old_wr_coeff,
1906                                                          wr_or_deserves_wr,
1907                                                          *interactive,
1908                                                          in_burst,
1909                                                          soft_rt);
1910
1911                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1912                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1913                 }
1914         }
1915
1916         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1917         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1918         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1919
1920         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1921
1922         /*
1923          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1924          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1925          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1926          * recover a service hole, as explained in the comments on
1927          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1928          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1929          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1930          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1931          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1932          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1933          * critical, as the in-service queue.
1934          *
1935          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1936          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1937          * condition does not hold, we don't care because, even if
1938          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1939          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1940          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1941          *
1942          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1943          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1944          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1945          * useless preemptions, the return value of
1946          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1947          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1948          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1949          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1950          * timestamps of the in-service queue would need to be
1951          * updated, and this operation is quite costly (see the
1952          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1953          *
1954          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1955          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1956          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1957          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1958          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1959          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1960          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1961          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1962          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1963          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1964          */
1965         if (bfqd->in_service_queue &&
1966             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1967               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1968              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1969              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1970             next_queue_may_preempt(bfqd))
1971                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1972                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1973 }
1974
1975 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1976                                    struct bfq_queue *bfqq)
1977 {
1978         /* invalidate baseline total service time */
1979         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1980
1981         /*
1982          * Reset pointer in case we are waiting for
1983          * some request completion.
1984          */
1985         bfqd->waited_rq = NULL;
1986
1987         /*
1988          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1989          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1990          * an injected I/O request may be higher than the think time
1991          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1992          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1993          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1994          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1995          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1996          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1997          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1998          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1999          * expired. This is the very pattern that gives the
2000          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
2001          * injection on request service times, and then to update the
2002          * limit accordingly.
2003          *
2004          * However, in the following special case, the inject limit is
2005          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
2006          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
2007          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
2008          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
2009          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
2010          * this is very convenient both for bfqq and for overall
2011          * throughput, as explained in detail in the comments in
2012          * bfq_update_has_short_ttime().
2013          *
2014          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
2015          * start directly by 1, because:
2016          * a) on the bright side, keeping at most one request in
2017          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
2018          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
2019          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
2020          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
2021          * expire before getting its next request. With this request
2022          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
2023          * times and update the inject limit accordingly (see comments
2024          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
2025          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
2026          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
2027          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
2028          * further reduces chances to actually compute the baseline
2029          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
2030          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
2031          * than 1.
2032          */
2033         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2034                 bfqq->inject_limit = 0;
2035         else
2036                 bfqq->inject_limit = 1;
2037
2038         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2039 }
2040
2041 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2042 {
2043         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2044
2045         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2046                 bfqq->tot_idle_time +=
2047                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2048
2049         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2050                 return;
2051
2052         /*
2053          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2054          * considered I/O bound.
2055          */
2056         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2057                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2058         else
2059                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2060
2061         /*
2062          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2063          * from now.
2064          */
2065         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2066                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2067                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2068         }
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2073  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2074  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2075  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2076  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2077  * queue.
2078  *
2079  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2080  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2081  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2082  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2083  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2084  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2085  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2086  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2087  * in bfq_select_queue().
2088  *
2089  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2090  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2091  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2092  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2093  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2094  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2095  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2096  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2097  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2098  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2099  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2100  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2101  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2102  * positives less likely.
2103  *
2104  * NOTE
2105  *
2106  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2107  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2108  * detection is likely to be actually fast, for the following
2109  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2110  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2111  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2112  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2113  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2114  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2115  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2116  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2117  *
2118  * ISSUE
2119  *
2120  * On queue merging all waker information is lost.
2121  */
2122 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2123                             u64 now_ns)
2124 {
2125         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2126
2127         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2128             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2129             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2130             bfqq->dispatched > 0 ||
2131             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
2132             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq->waker_bfqq)
2133                 return;
2134
2135         /*
2136          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2137          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2138          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2139          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases. 
2140          */
2141         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2142             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2143             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2144                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2145                 /*
2146                  * First synchronization detected with a
2147                  * candidate waker queue, or with a different
2148                  * candidate waker queue from the current one.
2149                  */
2150                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2151                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2152                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2153                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2154                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2155                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2156                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2157         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2158                 bfqq->num_waker_detections++;
2159
2160         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2161                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2162                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2163                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2164                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2165                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2166
2167                 /*
2168                  * If the waker queue disappears, then
2169                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2170                  * this goal, we maintain in each
2171                  * waker queue a list, woken_list, of
2172                  * all the queues that reference the
2173                  * waker queue through their
2174                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2175                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2176                  * of all the queues in the woken_list
2177                  * is reset.
2178                  *
2179                  * In addition, if bfqq is already in
2180                  * the woken_list of a waker queue,
2181                  * then, before being inserted into
2182                  * the woken_list of a new waker
2183                  * queue, bfqq must be removed from
2184                  * the woken_list of the old waker
2185                  * queue.
2186                  */
2187                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2188                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2189                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2190                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2191         }
2192 }
2193
2194 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2195 {
2196         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2197         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2198         struct request *next_rq, *prev;
2199         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2200         bool interactive = false;
2201         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2202
2203         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2204         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2205         bfqd->queued++;
2206
2207         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2208                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2209
2210                 /*
2211                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2212                  * the latter eventually drops in case workload
2213                  * changes, see step (3) in the comments on
2214                  * bfq_update_inject_limit().
2215                  */
2216                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2217                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2218                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2219
2220                 /*
2221                  * The following conditions must hold to setup a new
2222                  * sampling of total service time, and then a new
2223                  * update of the inject limit:
2224                  * - bfqq is in service, because the total service
2225                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2226                  *   the queues in service;
2227                  * - this is the right occasion to compute or to
2228                  *   lower the baseline total service time, because
2229                  *   there are actually no requests in the drive,
2230                  *   or
2231                  *   the baseline total service time is available, and
2232                  *   this is the right occasion to compute the other
2233                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2234                  *   the total service time caused by the amount of
2235                  *   injection allowed by the current value of the
2236                  *   limit. It is the right occasion because injection
2237                  *   has actually been performed during the service
2238                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2239                  *   which are very likely to be exactly the injected
2240                  *   requests, or part of them;
2241                  * - the minimum interval for sampling the total
2242                  *   service time and updating the inject limit has
2243                  *   elapsed.
2244                  */
2245                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2246                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2247                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2248                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2249                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2250                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2251                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2252                         /*
2253                          * Start the state machine for measuring the
2254                          * total service time of rq: setting
2255                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2256                          * be set when rq will be dispatched.
2257                          */
2258                         bfqd->wait_dispatch = true;
2259                         /*
2260                          * If there is no I/O in service in the drive,
2261                          * then possible injection occurred before the
2262                          * arrival of rq will not affect the total
2263                          * service time of rq. So the injection limit
2264                          * must not be updated as a function of such
2265                          * total service time, unless new injection
2266                          * occurs before rq is completed. To have the
2267                          * injection limit updated only in the latter
2268                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2269                          * will be set in case injection is performed
2270                          * on bfqq before rq is completed).
2271                          */
2272                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2273                                 bfqd->rqs_injected = false;
2274                 }
2275         }
2276
2277         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2278                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2279
2280         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2281
2282         /*
2283          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2284          */
2285         prev = bfqq->next_rq;
2286         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2287         bfqq->next_rq = next_rq;
2288
2289         /*
2290          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2291          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2292          */
2293         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2294                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2295
2296         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2297                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2298                                                  rq, &interactive);
2299         else {
2300                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2301                     time_is_before_jiffies(
2302                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2303                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2304                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2305                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2306
2307                         bfqd->wr_busy_queues++;
2308                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2309                 }
2310                 if (prev != bfqq->next_rq)
2311                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2312         }
2313
2314         /*
2315          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2316          * cases:
2317          *
2318          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2319          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2320          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2321          *   of information is used only for deciding whether to
2322          *   weight-raise async queues
2323          *
2324          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2325          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2326          *   stores the time when weight-raising starts
2327          *
2328          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2329          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2330          *   period must start or restart (this case is considered
2331          *   separately because it is not detected by the above
2332          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2333          *
2334          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2335          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2336          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2337          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2338          * needed.
2339          */
2340         if (bfqd->low_latency &&
2341                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2342                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2343 }
2344
2345 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2346                                           struct bio *bio,
2347                                           struct request_queue *q)
2348 {
2349         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2350
2351
2352         if (bfqq)
2353                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2354
2355         return NULL;
2356 }
2357
2358 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2359 {
2360         if (last_pos)
2361                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2362
2363         return 0;
2364 }
2365
2366 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2367 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2368 {
2369         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2370
2371         bfqd->rq_in_driver++;
2372 }
2373
2374 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2375 {
2376         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2377
2378         bfqd->rq_in_driver--;
2379 }
2380 #endif
2381
2382 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2383                                struct request *rq)
2384 {
2385         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2386         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2387         const int sync = rq_is_sync(rq);
2388
2389         if (bfqq->next_rq == rq) {
2390                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2391                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2392         }
2393
2394         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2395                 list_del_init(&rq->queuelist);
2396         bfqq->queued[sync]--;
2397         bfqd->queued--;
2398         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2399
2400         elv_rqhash_del(q, rq);
2401         if (q->last_merge == rq)
2402                 q->last_merge = NULL;
2403
2404         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2405                 bfqq->next_rq = NULL;
2406
2407                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2408                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2409                         /*
2410                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2411                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2412                          * bfqq->entity.budget must contain,
2413                          * respectively, the service received and the
2414                          * budget used last time bfqq emptied. These
2415                          * facts do not hold in this case, as at least
2416                          * this last removal occurred while bfqq is
2417                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2418                          * reset both bfqq->entity.service and
2419                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2420                          * process that may issue I/O requests to it.
2421                          */
2422                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2423                 }
2424
2425                 /*
2426                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2427                  */
2428                 if (bfqq->pos_root) {
2429                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2430                         bfqq->pos_root = NULL;
2431                 }
2432         } else {
2433                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2434                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2435                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2436         }
2437
2438         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2439                 bfqq->meta_pending--;
2440
2441 }
2442
2443 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2444                 unsigned int nr_segs)
2445 {
2446         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2447         struct request *free = NULL;
2448         /*
2449          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2450          * store its return value for later use, to avoid nesting
2451          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2452          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2453          * bfqd->lock is taken.
2454          */
2455         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2456         bool ret;
2457
2458         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2459
2460         if (bic)
2461                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2462         else
2463                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2464         bfqd->bio_bic = bic;
2465
2466         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2467
2468         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2469         if (free)
2470                 blk_mq_free_request(free);
2471
2472         return ret;
2473 }
2474
2475 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2476                              struct bio *bio)
2477 {
2478         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2479         struct request *__rq;
2480
2481         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2482         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2483                 *req = __rq;
2484
2485                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2486                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2487                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2488         }
2489
2490         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2491 }
2492
2493 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2494
2495 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2496                                enum elv_merge type)
2497 {
2498         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2499             rb_prev(&req->rb_node) &&
2500             blk_rq_pos(req) <
2501             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2502                                     struct request, rb_node))) {
2503                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2504                 struct bfq_data *bfqd;
2505                 struct request *prev, *next_rq;
2506
2507                 if (!bfqq)
2508                         return;
2509
2510                 bfqd = bfqq->bfqd;
2511
2512                 /* Reposition request in its sort_list */
2513                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2514                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2515
2516                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2517                 prev = bfqq->next_rq;
2518                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2519                                          bfqd->last_position);
2520                 bfqq->next_rq = next_rq;
2521                 /*
2522                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2523                  * fit the new request and the queue's position in its
2524                  * rq_pos_tree.
2525                  */
2526                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2527                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2528                         /*
2529                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2530                          * the unlikely().
2531                          */
2532                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2533                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2534                 }
2535         }
2536 }
2537
2538 /*
2539  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2540  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2541  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2542  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2543  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2544  *
2545  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2546  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2547  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2548  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2549  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2550  * only by bfq_insert_request.
2551  */
2552 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2553                                 struct request *next)
2554 {
2555         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2556                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2557
2558         if (!bfqq)
2559                 goto remove;
2560
2561         /*
2562          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2563          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2564          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2565          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2566          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2567          * which would most certainly be too expensive with respect to
2568          * the benefits.
2569          */
2570         if (bfqq == next_bfqq &&
2571             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2572             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2573                 list_del_init(&rq->queuelist);
2574                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2575                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2576         }
2577
2578         if (bfqq->next_rq == next)
2579                 bfqq->next_rq = rq;
2580
2581         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2582 remove:
2583         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2584         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2585                 bfq_remove_request(next->q, next);
2586                 if (next_bfqq)
2587                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2588                                                     next->cmd_flags);
2589         }
2590 }
2591
2592 /* Must be called with bfqq != NULL */
2593 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2594 {
2595         /*
2596          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2597          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2598          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2599          * a soft real-time application. Such an application actually
2600          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2601          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2602          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2603          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2604          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2605          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2606          * very long time.
2607          */
2608
2609         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2610             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2611                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2612
2613         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2614                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2615         bfqq->wr_coeff = 1;
2616         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2617         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2618         /*
2619          * Trigger a weight change on the next invocation of
2620          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2621          */
2622         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2623 }
2624
2625 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2626                              struct bfq_group *bfqg)
2627 {
2628         int i, j;
2629
2630         for (i = 0; i < 2; i++)
2631                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2632                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2633                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2634         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2635                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2636 }
2637
2638 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2639 {
2640         struct bfq_queue *bfqq;
2641
2642         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2643
2644         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2645                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2646         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2647                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2648         bfq_end_wr_async(bfqd);
2649
2650         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2651 }
2652
2653 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2654 {
2655         if (request)
2656                 return blk_rq_pos(io_struct);
2657         else
2658                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2659 }
2660
2661 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2662                                   sector_t sector)
2663 {
2664         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2665                BFQQ_CLOSE_THR;
2666 }
2667
2668 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2669                                          struct bfq_queue *bfqq,
2670                                          sector_t sector)
2671 {
2672         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2673         struct rb_node *parent, *node;
2674         struct bfq_queue *__bfqq;
2675
2676         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2677                 return NULL;
2678
2679         /*
2680          * First, if we find a request starting at the end of the last
2681          * request, choose it.
2682          */
2683         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2684         if (__bfqq)
2685                 return __bfqq;
2686
2687         /*
2688          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2689          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2690          * next_request position).
2691          */
2692         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2693         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2694                 return __bfqq;
2695
2696         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2697                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2698         else
2699                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2700         if (!node)
2701                 return NULL;
2702
2703         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2704         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2705                 return __bfqq;
2706
2707         return NULL;
2708 }
2709
2710 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2711                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2712                                                    sector_t sector)
2713 {
2714         struct bfq_queue *bfqq;
2715
2716         /*
2717          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2718          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2719          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2720          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2721          * the best possible order for throughput.
2722          */
2723         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2724         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2725                 return NULL;
2726
2727         return bfqq;
2728 }
2729
2730 static struct bfq_queue *
2731 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2732 {
2733         int process_refs, new_process_refs;
2734         struct bfq_queue *__bfqq;
2735
2736         /*
2737          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2738          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2739          * may have dropped their last reference (not just their last process
2740          * reference).
2741          */
2742         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2743                 return NULL;
2744
2745         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2746         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2747                 if (__bfqq == bfqq)
2748                         return NULL;
2749                 new_bfqq = __bfqq;
2750         }
2751
2752         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2753         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2754         /*
2755          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2756          * sense in merging the queues.
2757          */
2758         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2759                 return NULL;
2760
2761         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2762                 new_bfqq->pid);
2763
2764         /*
2765          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2766          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2767          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2768          * first time that the requests of some process are redirected to
2769          * it.
2770          *
2771          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2772          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2773          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2774          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2775          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2776          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2777          *
2778          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2779          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2780          * best option, as we feed the in-service queue with new
2781          * requests close to the last request served and, by doing so,
2782          * are likely to increase the throughput.
2783          */
2784         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2785         /*
2786          * The above assignment schedules the following redirections:
2787          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2788          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2789          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2790          * in advance, adding the number of processes that are
2791          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2792          * issue I/O.
2793          */
2794         new_bfqq->ref += process_refs;
2795         return new_bfqq;
2796 }
2797
2798 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2799                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2800 {
2801         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2802                 return false;
2803
2804         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2805             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2806                 return false;
2807
2808         /*
2809          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2810          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2811          * sequential I/O.
2812          */
2813         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2814                 return false;
2815
2816         /*
2817          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2818          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2819          * queues.
2820          */
2821         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2822                 return false;
2823
2824         return true;
2825 }
2826
2827 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2828                                              struct bfq_queue *bfqq);
2829
2830 /*
2831  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2832  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2833  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2834  * structure otherwise.
2835  *
2836  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2837  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2838  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2839  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2840  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2841  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2842  *
2843  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2844  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2845  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2846  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2847  * requests than the ones produced by its originally-associated
2848  * process.
2849  */
2850 static struct bfq_queue *
2851 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2852                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2853 {
2854         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2855
2856         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2857         if (bfqq->new_bfqq)
2858                 return bfqq->new_bfqq;
2859
2860         /*
2861          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2862          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2863          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2864          * must be non null). If we considered also merged queues,
2865          * then we should also check whether bfqq has already been
2866          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2867          * costly and complicated.
2868          */
2869         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2870                 /*
2871                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2872                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2873                  * stable merging) also if bic is associated with a
2874                  * sync queue, but this bfqq is async
2875                  */
2876                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2877                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2878                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2879                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2880                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2881                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2882                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2883                                 bic->stable_merge_bfqq;
2884                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2885                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2886
2887                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2888                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2889
2890                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2891
2892                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2893                             proc_ref > 0) {
2894                                 /* next function will take at least one ref */
2895                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2896                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2897
2898                                 bic->stably_merged = true;
2899                                 if (new_bfqq && new_bfqq->bic)
2900                                         new_bfqq->bic->stably_merged = true;
2901                                 return new_bfqq;
2902                         } else
2903                                 return NULL;
2904                 }
2905         }
2906
2907         /*
2908          * Do not perform queue merging if the device is non
2909          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2910          * device reaches a high speed through internal parallelism
2911          * and pipelining. This means that, to reach a high
2912          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2913          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2914          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2915          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2916          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2917          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2918          * the throughput reached by the device is likely to be the
2919          * same, with and without queue merging.
2920          *
2921          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2922          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2923          * artificially more uneven, because of shared queues
2924          * remaining non empty for incomparably more time than
2925          * non-merged queues. This may accentuate workload
2926          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2927          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2928          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2929          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2930          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2931          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2932          *
2933          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2934          * of the two branches is more likely than the other, but to
2935          * have the code path after the following if() executed as
2936          * fast as possible for the case of a non rotational device
2937          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2938          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2939          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2940          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2941          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2942          * all.
2943          */
2944         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2945                 return NULL;
2946
2947         /*
2948          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2949          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2950          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2951          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2952          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2953          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2954          * probability that two non-cooperating processes, which just
2955          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2956          * their queues merged by mistake.
2957          */
2958         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2959                 return NULL;
2960
2961         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2962                 return NULL;
2963
2964         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2965         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2966                 return NULL;
2967
2968         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2969
2970         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2971             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2972             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2973                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2974             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2975             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2976                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2977                 if (new_bfqq)
2978                         return new_bfqq;
2979         }
2980         /*
2981          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2982          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2983          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2984          */
2985         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2986                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2987
2988         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2989             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2990                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2991
2992         return NULL;
2993 }
2994
2995 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2996 {
2997         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2998
2999         /*
3000          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
3001          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
3002          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
3003          */
3004         if (!bic)
3005                 return;
3006
3007         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
3008         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
3009         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
3010
3011         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3012         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
3013         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3014         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3015         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3016         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3017         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3018         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3019         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3020                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3021                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3022                 /*
3023                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3024                  * would have deserved interactive weight raising, but
3025                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3026                  * because of this early merge. Store directly the
3027                  * weight-raising state that would have been assigned
3028                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3029                  * to enjoy weight raising if split soon.
3030                  */
3031                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3032                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3033                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3034                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3035         } else {
3036                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3037                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3038                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3039                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
3040                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3041                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3042         }
3043 }
3044
3045
3046 static void
3047 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3048 {
3049         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3050             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3051                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3052         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3053                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3054 }
3055
3056 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3057 {
3058         /*
3059          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3060          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3061          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3062          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3063          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3064          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3065          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3066          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3067          * never happen.
3068          */
3069         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3070             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3071                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
3072
3073         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3074
3075         bfq_put_queue(bfqq);
3076 }
3077
3078 static void
3079 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3080                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3081 {
3082         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3083                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3084         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3085         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3086         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3087         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3088                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3089         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3090
3091         /*
3092          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3093          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3094          * waker, then assume that all these processes will be happy
3095          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3096          * I/O.
3097          */
3098         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3099             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3100                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3101                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3102
3103                 /*
3104                  * If the waker queue disappears, then
3105                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3106                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3107                  * bfq_check_waker for details.
3108                  */
3109                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3110                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3111
3112         }
3113
3114         /*
3115          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3116          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3117          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3118          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3119          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3120          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3121          * easy, thanks to the flag just_created.
3122          */
3123         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3124                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3125                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3126                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3127                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3128                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3129                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3130                         bfqd->wr_busy_queues++;
3131                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3132         }
3133
3134         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3135                 bfqq->wr_coeff = 1;
3136                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3137                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3138                         bfqd->wr_busy_queues--;
3139         }
3140
3141         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3142                      bfqd->wr_busy_queues);
3143
3144         /*
3145          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3146          */
3147         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3148         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3149         /*
3150          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3151          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3152          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3153          *   be set to NULL, or
3154          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3155          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3156          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3157          *   assignment causes no harm).
3158          */
3159         new_bfqq->bic = NULL;
3160         /*
3161          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3162          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3163          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3164          * because it reports a random pid between those of the associated
3165          * processes.
3166          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3167          * a pid in logging messages.
3168          */
3169         new_bfqq->pid = -1;
3170         bfqq->bic = NULL;
3171
3172         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3173
3174         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3175 }
3176
3177 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3178                                 struct bio *bio)
3179 {
3180         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3181         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3182         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3183
3184         /*
3185          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3186          */
3187         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3188                 return false;
3189
3190         /*
3191          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3192          * merge only if rq is queued there.
3193          */
3194         if (!bfqq)
3195                 return false;
3196
3197         /*
3198          * We take advantage of this function to perform an early merge
3199          * of the queues of possible cooperating processes.
3200          */
3201         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3202         if (new_bfqq) {
3203                 /*
3204                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3205                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3206                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3207                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3208                  * and bfqq can be put.
3209                  */
3210                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3211                                 new_bfqq);
3212                 /*
3213                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3214                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3215                  * merged.
3216                  */
3217                 bfqq = new_bfqq;
3218
3219                 /*
3220                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3221                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3222                  * this function may be invoked again (and then may
3223                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3224                  */
3225                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3226         }
3227
3228         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3229 }
3230
3231 /*
3232  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3233  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3234  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3235  * processes.
3236  */
3237 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3238                                    struct bfq_queue *bfqq)
3239 {
3240         unsigned int timeout_coeff;
3241
3242         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3243                 timeout_coeff = 1;
3244         else
3245                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3246
3247         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3248
3249         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3250                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3251 }
3252
3253 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3254                                        struct bfq_queue *bfqq)
3255 {
3256         if (bfqq) {
3257                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3258
3259                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3260
3261                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3262                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3263                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3264                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3265                         /*
3266                          * For soft real-time queues, move the start
3267                          * of the weight-raising period forward by the
3268                          * time the queue has not received any
3269                          * service. Otherwise, a relatively long
3270                          * service delay is likely to cause the
3271                          * weight-raising period of the queue to end,
3272                          * because of the short duration of the
3273                          * weight-raising period of a soft real-time
3274                          * queue.  It is worth noting that this move
3275                          * is not so dangerous for the other queues,
3276                          * because soft real-time queues are not
3277                          * greedy.
3278                          *
3279                          * To not add a further variable, we use the
3280                          * overloaded field budget_timeout to
3281                          * determine for how long the queue has not
3282                          * received service, i.e., how much time has
3283                          * elapsed since the queue expired. However,
3284                          * this is a little imprecise, because
3285                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3286                          * not only expires, but also remains with no
3287                          * request.
3288                          */
3289                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3290                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3291                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3292                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3293                         else
3294                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3295                 }
3296
3297                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3298                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3299                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3300                              bfqq->entity.budget);
3301         }
3302
3303         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3304         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3305 }
3306
3307 /*
3308  * Get and set a new queue for service.
3309  */
3310 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3311 {
3312         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3313
3314         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3315         return bfqq;
3316 }
3317
3318 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3319 {
3320         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3321         u32 sl;
3322
3323         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3324
3325         /*
3326          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3327          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3328          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3329          */
3330         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3331         /*
3332          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3333          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3334          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3335          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3336          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3337          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3338          * needed if the queue has a higher weight than some other
3339          * queue).
3340          */
3341         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3342             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3343                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3344         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3345                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3346
3347         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3348         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3349
3350         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3351                       HRTIMER_MODE_REL);
3352         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3353 }
3354
3355 /*
3356  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3357  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3358  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3359  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3360  * this maximises throughput with sequential workloads.
3361  */
3362 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3363 {
3364         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3365                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3366 }
3367
3368 /*
3369  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3370  * function of the estimated peak rate. See comments on
3371  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3372  */
3373 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3374 {
3375         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3376                 bfqd->bfq_max_budget =
3377                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3378                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3379         }
3380 }
3381
3382 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3383                                        struct request *rq)
3384 {
3385         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3386                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3387                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3388                 bfqd->sequential_samples = 0;
3389                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3390                         blk_rq_sectors(rq);
3391         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3392                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3393
3394         bfq_log(bfqd,
3395                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3396                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3397                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3398 }
3399
3400 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3401 {
3402         u32 rate, weight, divisor;
3403
3404         /*
3405          * For the convergence property to hold (see comments on
3406          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3407          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3408          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3409          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3410          * for a new evaluation attempt.
3411          */
3412         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3413             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3414                 goto reset_computation;
3415
3416         /*
3417          * If a new request completion has occurred after last
3418          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3419          * have been served by the device, it is more precise to
3420          * extend the observation interval to the last completion.
3421          */
3422         bfqd->delta_from_first =
3423                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3424                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3425
3426         /*
3427          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3428          * precision issues.
3429          */
3430         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3431                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3432
3433         /*
3434          * Peak rate not updated if:
3435          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3436          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3437          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3438          */
3439         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3440              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3441                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3442                 goto reset_computation;
3443
3444         /*
3445          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3446          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3447          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3448          * measured rate.
3449          *
3450          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3451          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3452          * and to how long the observation time interval is.
3453          *
3454          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3455          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3456          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3457          * the measured rate contributes for half of the next value of
3458          * the estimated peak rate.
3459          *
3460          * So, the first step is to compute the weight as a function
3461          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3462          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3463          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3464          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3465          * incremented for the first sample.
3466          */
3467         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3468
3469         /*
3470          * Second step: further refine the weight as a function of the
3471          * duration of the observation interval.
3472          */
3473         weight = min_t(u32, 8,
3474                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3475                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3476
3477         /*
3478          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3479          * maximum weight.
3480          */
3481         divisor = 10 - weight;
3482
3483         /*
3484          * Finally, update peak rate:
3485          *
3486          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3487          */
3488         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3489         bfqd->peak_rate /= divisor;
3490         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3491
3492         bfqd->peak_rate += rate;
3493
3494         /*
3495          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3496          * the minimum representable values reported in the comments
3497          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3498          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3499          * divisor.
3500          */
3501         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3502
3503         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3504
3505 reset_computation:
3506         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3507 }
3508
3509 /*
3510  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3511  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3512  *
3513  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3514  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3515  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3516  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3517  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3518  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3519  * by the device.
3520  *
3521  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3522  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3523  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3524  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3525  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3526  * unknown, namely in-device request service rate.
3527  *
3528  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3529  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3530  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3531  * same requests are then served. But, since the size of any
3532  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3533  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3534  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3535  * closer and closer to the number of requests completed as the
3536  * observation interval grows. This is the key property used in
3537  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3538  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3539  * on every request dispatch.
3540  */
3541 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3542 {
3543         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3544
3545         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3546                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3547                         bfqd->peak_rate_samples);
3548                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3549                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3550         }
3551
3552         /*
3553          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3554          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3555          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3556          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3557          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3558          * taken:
3559          * - close the observation interval at the last (previous)
3560          *   request dispatch or completion
3561          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3562          * - start a new observation interval with this dispatch
3563          */
3564         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3565             bfqd->rq_in_driver == 0)
3566                 goto update_rate_and_reset;
3567
3568         /* Update sampling information */
3569         bfqd->peak_rate_samples++;
3570
3571         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3572                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3573             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3574                 bfqd->sequential_samples++;
3575
3576         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3577
3578         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3579         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3580                 bfqd->last_rq_max_size =
3581                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3582         else
3583                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3584
3585         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3586
3587         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3588         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3589                 goto update_last_values;
3590
3591 update_rate_and_reset:
3592         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3593 update_last_values:
3594         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3595         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3596                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3597         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3598 }
3599
3600 /*
3601  * Remove request from internal lists.
3602  */
3603 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3604 {
3605         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3606
3607         /*
3608          * For consistency, the next instruction should have been
3609          * executed after removing the request from the queue and
3610          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3611          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3612          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3613          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3614          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3615          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3616          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3617          * happens to be taken into account.
3618          */
3619         bfqq->dispatched++;
3620         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3621
3622         bfq_remove_request(q, rq);
3623 }
3624
3625 /*
3626  * There is a case where idling does not have to be performed for
3627  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3628  * the process associated with bfqq.
3629  *
3630  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3631  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3632  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3633  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3634  * actual request service order. In particular, the critical
3635  * situation is when requests from different processes happen
3636  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3637  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3638  * the service order of the internally-queued requests, does
3639  * determine also the actual throughput distribution among
3640  * these processes. But the drive typically has no notion or
3641  * concern about per-process throughput distribution, and
3642  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3643  * the service distribution enforced by the drive's internal
3644  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3645  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3646  * skewed scenario where:
3647  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3648  *       the others,
3649  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3650  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3651  *       throughput than any of the other processes;
3652  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3653  *       terms of locality (sequential or random), direction
3654  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3655  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3656
3657  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3658  * of each process in about the same way as the requests of the
3659  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3660  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3661  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3662  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3663  * bfqq.
3664  *
3665  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3666  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3667  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3668  * (see [1] for details).
3669  *
3670  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3671  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3672  * example is sync random I/O on flash storage with command
3673  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3674  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3675  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3676  * service guarantees.
3677  *
3678  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3679  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3680  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3681  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3682  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3683  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3684  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3685  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3686  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3687  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3688  * some request already dispatched but still waiting for
3689  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3690  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3691  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3692  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3693  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3694  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3695  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3696  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3697  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3698  * bi-modal behavior, implemented in the function
3699  * bfq_asymmetric_scenario().
3700  *
3701  * If there are groups with requests waiting for completion
3702  * (as commented above, some of these groups may even be
3703  * already inactive), then the scenario is tagged as
3704  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3705  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3706  * This behavior matches also the fact that groups are created
3707  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3708  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3709  *
3710  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3711  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3712  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3713  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3714  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3715  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3716  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3717  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3718  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3719  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3720  * have the same weight.
3721  *
3722  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3723  * risk of getting less throughput than its fair share.
3724  * However, for queues with the same weight, a further
3725  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3726  * problem. And it does so without consequences on overall
3727  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3728  * in the next three paragraphs.
3729  *
3730  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3731  * can still preempt the new in-service queue if the next
3732  * request of Q arrives soon (see the comments on
3733  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3734  * groups have the same weight, this form of preemption,
3735  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3736  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3737  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3738  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3739  * idling allows the internal queues of the device to contain
3740  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3741  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3742  * minimum of mid-term fairness.
3743  *
3744  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3745  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3746  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3747  * that there are two queues with the same weight, but that
3748  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3749  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3750  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3751  * most one request at a time, which implies that each queue
3752  * always remains idle after it is served. Finally, after
3753  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3754  * request. It follows that the two queues are served
3755  * alternatively, preempting each other if needed. This
3756  * implies that, although both queues have the same weight,
3757  * the queue with large requests receives a service that is
3758  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3759  * queue.
3760  *
3761  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3762  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3763  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3764  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3765  * there is no active group, then the primary expectation for
3766  * this device is probably a high throughput.
3767  *
3768  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3769  * additional compound condition that is checked below for deciding
3770  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3771  * sub-condition, we need to add that the function
3772  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3773  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3774  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3775  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3776  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3777  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3778  * requests waiting for completion happen to be
3779  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3780  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3781  * weight raising.
3782  *
3783  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3784  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3785  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3786  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3787  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3788  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3789  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3790  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3791  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3792  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3793  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3794  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3795  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3796  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3797  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3798  * lose because of this delay.
3799  *
3800  * As a side note, it is worth considering that the above
3801  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3802  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3803  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3804  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3805  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3806  * may become impossible to make requests be served in the desired
3807  * order until all the requests already queued in the device have been
3808  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3809  * this problem for weight-raised queues.
3810  *
3811  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3812  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3813  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3814  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3815  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3816  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3817  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3818  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3819  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3820  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3821  * be served. In particular, event (2) may case even already
3822  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3823  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3824  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3825  */
3826 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3827                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3828 {
3829         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3830
3831         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3832         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3833                 return false;
3834
3835         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3836                 (bfqd->wr_busy_queues <
3837                  tot_busy_queues ||
3838                  bfqd->rq_in_driver >=
3839                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3840                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3841                 tot_busy_queues == 1;
3842 }
3843
3844 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3845                               enum bfqq_expiration reason)
3846 {
3847         /*
3848          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3849          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3850          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3851          * break the queues apart again.
3852          */
3853         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3854                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3855
3856         /*
3857          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3858          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3859          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3860          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3861          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3862          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3863          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3864          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3865          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3866          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3867          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3868          */
3869         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3870             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3871               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3872                 if (bfqq->dispatched == 0)
3873                         /*
3874                          * Overloading budget_timeout field to store
3875                          * the time at which the queue remains with no
3876                          * backlog and no outstanding request; used by
3877                          * the weight-raising mechanism.
3878                          */
3879                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3880
3881                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3882         } else {
3883                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3884                 /*
3885                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3886                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3887                  */
3888                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3889                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3890                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3891         }
3892
3893         /*
3894          * All in-service entities must have been properly deactivated
3895          * or requeued before executing the next function, which
3896          * resets all in-service entities as no more in service. This
3897          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3898          * function returns true.
3899          */
3900         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3901 }
3902
3903 /**
3904  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3905  * @bfqd: device data.
3906  * @bfqq: queue to update.
3907  * @reason: reason for expiration.
3908  *
3909  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3910  * See the body for detailed comments.
3911  */
3912 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3913                                      struct bfq_queue *bfqq,
3914                                      enum bfqq_expiration reason)
3915 {
3916         struct request *next_rq;
3917         int budget, min_budget;
3918
3919         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3920
3921         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3922                 budget = bfqq->max_budget;
3923         else /*
3924               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3925               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3926               * than the minimum possible budget, to cause a little
3927               * bit fewer expirations.
3928               */
3929                 budget = 2 * min_budget;
3930
3931         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3932                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3933         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3934                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3935         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3936                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3937
3938         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3939                 switch (reason) {
3940                 /*
3941                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3942                  * for throughput.
3943                  */
3944                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3945                         /*
3946                          * This is the only case where we may reduce
3947                          * the budget: if there is no request of the
3948                          * process still waiting for completion, then
3949                          * we assume (tentatively) that the timer has
3950                          * expired because the batch of requests of
3951                          * the process could have been served with a
3952                          * smaller budget.  Hence, betting that
3953                          * process will behave in the same way when it
3954                          * becomes backlogged again, we reduce its
3955                          * next budget.  As long as we guess right,
3956                          * this budget cut reduces the latency
3957                          * experienced by the process.
3958                          *
3959                          * However, if there are still outstanding
3960                          * requests, then the process may have not yet
3961                          * issued its next request just because it is
3962                          * still waiting for the completion of some of
3963                          * the still outstanding ones.  So in this
3964                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3965                          * contrary we increase it to possibly boost
3966                          * the throughput, as discussed in the
3967                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3968                          */
3969                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3970                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3971                         else {
3972                                 if (budget > 5 * min_budget)
3973                                         budget -= 4 * min_budget;
3974                                 else
3975                                         budget = min_budget;
3976                         }
3977                         break;
3978                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3979                         /*
3980                          * We double the budget here because it gives
3981                          * the chance to boost the throughput if this
3982                          * is not a seeky process (and has bumped into
3983                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3984                          */
3985                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3986                         break;
3987                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3988                         /*
3989                          * The process still has backlog, and did not
3990                          * let either the budget timeout or the disk
3991                          * idling timeout expire. Hence it is not
3992                          * seeky, has a short thinktime and may be
3993                          * happy with a higher budget too. So
3994                          * definitely increase the budget of this good
3995                          * candidate to boost the disk throughput.
3996                          */
3997                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3998                         break;
3999                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
4000                         /*
4001                          * For queues that expire for this reason, it
4002                          * is particularly important to keep the
4003                          * budget close to the actual service they
4004                          * need. Doing so reduces the timestamp
4005                          * misalignment problem described in the
4006                          * comments in the body of
4007                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
4008                          * that a queue systematically expires for
4009                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
4010                          * new request in time to enjoy timestamp
4011                          * back-shifting. The larger the budget of the
4012                          * queue is with respect to the service the
4013                          * queue actually requests in each service
4014                          * slot, the more times the queue can be
4015                          * reactivated with the same virtual finish
4016                          * time. It follows that, even if this finish
4017                          * time is pushed to the system virtual time
4018                          * to reduce the consequent timestamp
4019                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4020                          * many re-activations a lower finish time
4021                          * than all newly activated queues.
4022                          *
4023                          * The service needed by bfqq is measured
4024                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4025                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4026                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4027                          * of sectors that the process associated with
4028                          * bfqq requested to read/write before waiting
4029                          * for request completions, or blocking for
4030                          * other reasons.
4031                          */
4032                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4033                         break;
4034                 default:
4035                         return;
4036                 }
4037         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4038                 /*
4039                  * Async queues get always the maximum possible
4040                  * budget, as for them we do not care about latency
4041                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4042                  * by the charging factor).
4043                  */
4044                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4045         }
4046
4047         bfqq->max_budget = budget;
4048
4049         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4050             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4051                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4052
4053         /*
4054          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4055          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4056          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4057          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4058          * update.
4059          *
4060          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4061          * it will be updated on the arrival of a new request.
4062          */
4063         next_rq = bfqq->next_rq;
4064         if (next_rq)
4065                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4066                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4067
4068         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4069                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4070                         bfqq->entity.budget);
4071 }
4072
4073 /*
4074  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4075  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4076  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4077  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4078  * on the function bfq_bfqq_expire().
4079  *
4080  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4081  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4082  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4083  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4084  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4085  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4086  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4087  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4088  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4089  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4090  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4091  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4092  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4093  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4094  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4095  * finishes.
4096  *
4097  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4098  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4099  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4100  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4101  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4102  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4103  */
4104 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4105                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4106                                  unsigned long *delta_ms)
4107 {
4108         ktime_t delta_ktime;
4109         u32 delta_usecs;
4110         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4111
4112         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4113                 return false;
4114
4115         if (compensate)
4116                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4117         else
4118                 delta_ktime = ktime_get();
4119         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4120         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4121
4122         /* don't use too short time intervals */
4123         if (delta_usecs < 1000) {
4124                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4125                          /*
4126                           * give same worst-case guarantees as idling
4127                           * for seeky
4128                           */
4129                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4130                 else /* charge at least one seek */
4131                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4132
4133                 return slow;
4134         }
4135
4136         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4137
4138         /*
4139          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4140          * spikes in service rate estimation.
4141          */
4142         if (delta_usecs > 20000) {
4143                 /*
4144                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4145                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4146                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4147                  * rate is likely to be an average over the disk
4148                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4149                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4150                  * its rate has been lower than half of the estimated
4151                  * peak rate.
4152                  */
4153                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4154         }
4155
4156         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4157
4158         return slow;
4159 }
4160
4161 /*
4162  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4163  * requirements. First, the application must not require an average
4164  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4165  * record a compressed high-definition video.
4166  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4167  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4168  * that, if the next request of the application does not arrive before
4169  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4170  *
4171  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4172  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4173  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4174  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4175  * and so on.
4176  * For this reason the next function is invoked to compute
4177  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4178  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4179  * not.
4180  *
4181  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4182  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4183  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4184  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4185  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4186  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4187  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4188  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4189  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4190  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4191  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4192  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4193  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4194  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4195  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4196  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4197  *
4198  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4199  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4200  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4201  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4202  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4203  *     the return value of this function with the current time plus
4204  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4205  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4206  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4207  *     real-time application spends some time processing data, after a
4208  *     batch of its requests has been completed.
4209  *
4210  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4211  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4212  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4213  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4214  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4215  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4216  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4217  *     time intervals are usually interspersed between other time
4218  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4219  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4220  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4221  *     function happen to be so high, near the end of any such
4222  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4223  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4224  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4225  *     this function. As a consequence, if the last value of
4226  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4227  *     next value that this function may return, then, from the very
4228  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4229  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4230  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4231  *     to soon for the application to be deemed as soft
4232  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4233  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4234  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4235  *
4236  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4237  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4238  * application, if the reference quantity was just
4239  * bfqd->bfq_slice_idle:
4240  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4241  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4242  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4243  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4244  *    is rather lower than the exact value.
4245  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4246  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4247  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4248  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4249  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4250  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4251  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4252  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4253  */
4254 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4255                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4256 {
4257         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4258                     bfqq->last_idle_bklogged +
4259                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4260                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4261                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4262 }
4263
4264 /**
4265  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4266  * @bfqd: device owning the queue.
4267  * @bfqq: the queue to expire.
4268  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4269  * @reason: the reason causing the expiration.
4270  *
4271  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4272  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4273  * in service instead of the service it has received (see
4274  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4275  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4276  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4277  * received more service than what it has actually received. In the
4278  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4279  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4280  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4281  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4282  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4283  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4284  *
4285  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4286  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4287  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4288  * guarantees among the latter.
4289  */
4290 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4291                      struct bfq_queue *bfqq,
4292                      bool compensate,
4293                      enum bfqq_expiration reason)
4294 {
4295         bool slow;
4296         unsigned long delta = 0;
4297         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4298
4299         /*
4300          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4301          */
4302         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4303
4304         /*
4305          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4306          * timed-out queues with the time and not the service
4307          * received, to favor sequential workloads.
4308          *
4309          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4310          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4311          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4312          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4313          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4314          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4315          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4316          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4317          * or quasi-sequential processes.
4318          */
4319         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4320             (slow ||
4321              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4322               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4323                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4324
4325         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4326                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4327
4328         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4329             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4330                 /*
4331                  * If we get here, and there are no outstanding
4332                  * requests, then the request pattern is isochronous
4333                  * (see the comments on the function
4334                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4335                  * compute soft_rt_next_start.
4336                  *
4337                  * If, instead, the queue still has outstanding
4338                  * requests, then we have to wait for the completion
4339                  * of all the outstanding requests to discover whether
4340                  * the request pattern is actually isochronous.
4341                  */
4342                 if (bfqq->dispatched == 0)
4343                         bfqq->soft_rt_next_start =
4344                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4345                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4346                         /*
4347                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4348                          * the task may be discovered to be isochronous.
4349                          */
4350                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4351                 }
4352         }
4353
4354         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4355                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4356                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4357
4358         /*
4359          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4360          * any longer: reset state machine for measuring total service
4361          * times.
4362          */
4363         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4364         bfqd->waited_rq = NULL;
4365
4366         /*
4367          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4368          * reason.
4369          */
4370         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4371         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4372                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4373                 return;
4374
4375         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4376         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4377             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4378             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4379                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4380                 /*
4381                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4382                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4383                  * service with this same budget (as if it never expired)
4384                  */
4385         } else
4386                 entity->service = 0;
4387
4388         /*
4389          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4390          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4391          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4392          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4393          * chance to go on being served using the last, partially
4394          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4395          * because if bfqq then actually goes on being served using
4396          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4397          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4398          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4399          * to keep entity->service for parent entities too, because
4400          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4401          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4402          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4403          * service with the same budget.
4404          */
4405         entity = entity->parent;
4406         for_each_entity(entity)
4407                 entity->service = 0;
4408 }
4409
4410 /*
4411  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4412  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4413  * idle timer expirations.
4414  */
4415 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4416 {
4417         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4418 }
4419
4420 /*
4421  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4422  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4423  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4424  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4425  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4426  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4427  */
4428 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4429 {
4430         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4431                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4432                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4433                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4434                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4435
4436         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4437                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4438                 &&
4439                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4440 }
4441
4442 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4443                                              struct bfq_queue *bfqq)
4444 {
4445         bool rot_without_queueing =
4446                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4447                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4448                 idling_boosts_thr;
4449
4450         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4451         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4452                 return false;
4453
4454         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4455                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4456
4457         /*
4458          * The next variable takes into account the cases where idling
4459          * boosts the throughput.
4460          *
4461          * The value of the variable is computed considering, first, that
4462          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4463          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4464          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4465          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4466          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4467          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4468          *     I/O-bound and sequential.
4469          *
4470          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4471          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4472          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4473          * the throughput in proportion to how fast the device
4474          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4475          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4476          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4477          * flash-based device.
4478          */
4479         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4480                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4481                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4482
4483         /*
4484          * The return value of this function is equal to that of
4485          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4486          * special case, described below, idling may cause problems to
4487          * weight-raised queues.
4488          *
4489          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4490          * of write hogs), if the processes associated with
4491          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4492          * then processes associated with weight-raised queues have a
4493          * higher probability to get a request from the pool
4494          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4495          * they have a higher probability to actually get a fraction
4496          * of the device throughput proportional to their high
4497          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4498          * which enqueue several requests in advance, and further
4499          * reorder internally-queued requests.
4500          *
4501          * For this reason, we force to false the return value if
4502          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4503          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4504          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4505          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4506          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4507          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4508          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4509          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4510          * requests from the request pool, before the busy
4511          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4512          * starvation problems in the presence of heavy write
4513          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4514          * application and system responsiveness in these hostile
4515          * scenarios.
4516          */
4517         return idling_boosts_thr &&
4518                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4519 }
4520
4521 /*
4522  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4523  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4524  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4525  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4526  * critical role as well.
4527  *
4528  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4529  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4530  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4531  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4532  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4533  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4534  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4535  * issue.
4536  *
4537  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4538  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4539  * functions providing the main pieces of information needed by this
4540  * function.
4541  */
4542 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4543 {
4544         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4545         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4546
4547         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4548         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4549                 return false;
4550
4551         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4552                 return true;
4553
4554         /*
4555          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4556          * do not idle if
4557          * (a) bfqq is async
4558          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4559          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4560          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4561          */
4562         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4563            bfq_class_idle(bfqq))
4564                 return false;
4565
4566         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4567                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4568
4569         idling_needed_for_service_guar =
4570                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4571
4572         /*
4573          * We have now the two components we need to compute the
4574          * return value of the function, which is true only if idling
4575          * either boosts the throughput (without issues), or is
4576          * necessary to preserve service guarantees.
4577          */
4578         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4579                 idling_needed_for_service_guar;
4580 }
4581
4582 /*
4583  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4584  * returns true, then:
4585  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4586  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4587  *    request for the queue.
4588  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4589  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4590  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4591  * returns true.
4592  */
4593 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4594 {
4595         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4596 }
4597
4598 /*
4599  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4600  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4601  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4602  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4603  * below.
4604  */
4605 static struct bfq_queue *
4606 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4607 {
4608         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4609         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4610         /*
4611          * If
4612          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4613          *   time-critical I/O,
4614          * or
4615          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4616          *   however a long think time, during which it can absorb the
4617          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4618          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4619          *   details on the computation of this number);
4620          * then injection can be performed without restrictions.
4621          */
4622         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4623                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4624
4625         /*
4626          * If
4627          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4628          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4629          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4630          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4631          *   significantly;
4632          * then temporarily raise inject limit to one request.
4633          */
4634         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4635             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4636             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4637                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4638                 )
4639                 limit = 1;
4640
4641         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4642                 return NULL;
4643
4644         /*
4645          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4646          * a high probability, very few steps are needed to find a
4647          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4648          * its next request. In fact:
4649          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4650          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4651          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4652          *   service, then the queue is removed from the active list
4653          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4654          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4655          */
4656         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4657                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4658                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4659                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4660                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4661                         /*
4662                          * Allow for only one large in-flight request
4663                          * on non-rotational devices, for the
4664                          * following reason. On non-rotationl drives,
4665                          * large requests take much longer than
4666                          * smaller requests to be served. In addition,
4667                          * the drive prefers to serve large requests
4668                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4669                          * having more than one large requests queued
4670                          * in the drive may easily make the next first
4671                          * request of the in-service queue wait for so
4672                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4673                          * the bright side, large requests let the
4674                          * drive reach a very high throughput, even if
4675                          * there is only one in-flight large request
4676                          * at a time.
4677                          */
4678                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4679                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4680                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4681                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4682                         else
4683                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4684
4685                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4686                                 bfqd->rqs_injected = true;
4687                                 return bfqq;
4688                         }
4689                 }
4690
4691         return NULL;
4692 }
4693
4694 /*
4695  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4696  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4697  */
4698 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4699 {
4700         struct bfq_queue *bfqq;
4701         struct request *next_rq;
4702         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4703
4704         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4705         if (!bfqq)
4706                 goto new_queue;
4707
4708         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4709
4710         /*
4711          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4712          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4713          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4714          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4715          * bfq_completed_request().
4716          */
4717         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4718             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4719                 goto expire;
4720
4721 check_queue:
4722         /*
4723          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4724          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4725          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4726          * request served.
4727          */
4728         next_rq = bfqq->next_rq;
4729         /*
4730          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4731          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4732          */
4733         if (next_rq) {
4734                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4735                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4736                         /*
4737                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4738                          * which makes sure that the next budget is
4739                          * enough to serve the next request, even if
4740                          * it comes from the fifo expired path.
4741                          */
4742                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4743                         goto expire;
4744                 } else {
4745                         /*
4746                          * The idle timer may be pending because we may
4747                          * not disable disk idling even when a new request
4748                          * arrives.
4749                          */
4750                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4751                                 /*
4752                                  * If we get here: 1) at least a new request
4753                                  * has arrived but we have not disabled the
4754                                  * timer because the request was too small,
4755                                  * 2) then the block layer has unplugged
4756                                  * the device, causing the dispatch to be
4757                                  * invoked.
4758                                  *
4759                                  * Since the device is unplugged, now the
4760                                  * requests are probably large enough to
4761                                  * provide a reasonable throughput.
4762                                  * So we disable idling.
4763                                  */
4764                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4765                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4766                         }
4767                         goto keep_queue;
4768                 }
4769         }
4770
4771         /*
4772          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4773          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4774          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4775          *
4776          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4777          * throughput and is possible.
4778          */
4779         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4780             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4781                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4782                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4783                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4784                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4785                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4786                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4787                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4788                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4789                                      struct bfq_queue,
4790                                      woken_list_node)
4791                         : NULL;
4792
4793                 /*
4794                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4795                  * whether to try injection, and choose the queue to
4796                  * pick an I/O request from.
4797                  *
4798                  * The first if checks whether the process associated
4799                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4800                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4801                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4802                  * process. On the contrary, it can only increase
4803                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4804                  *
4805                  * The second if checks whether there happens to be a
4806                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4807                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4808                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4809                  * a process that does some sync. A sync generates
4810                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4811                  * the process associated with bfqq can go on with its
4812                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4813                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4814                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4815                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4816                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4817                  * throughput. The best action to take is therefore to
4818                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4819                  * (without relying on the third alternative below for
4820                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4821                  * paragraph for further details). This systematic
4822                  * injection of I/O from the waker queue does not
4823                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4824                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4825                  * for it is not blocked for milliseconds.
4826                  *
4827                  * The third if checks whether there is a queue woken
4828                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4829                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4830                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4831                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4832                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4833                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4834                  *
4835                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4836                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4837                  * bfqq delivers more throughput when served without
4838                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4839                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4840                  * count more than overall throughput, and may be
4841                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4842                  * has a short think time). If none of these
4843                  * conditions holds, then a candidate queue for
4844                  * injection is looked for through
4845                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4846                  * latter may return NULL (for example if the inject
4847                  * limit for bfqq is currently 0).
4848                  *
4849                  * NOTE: motivation for the second alternative
4850                  *
4851                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4852                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4853                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4854                  * waker queue has pending I/O requests that are
4855                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4856                  * above lets the waker queue get served before the
4857                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4858                  * second alternative superfluous. It is not, because
4859                  * the fourth alternative may be way less effective in
4860                  * case of a synchronization. For two main
4861                  * reasons. First, throughput may be low because the
4862                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4863                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4864                  * other queues, that the second alternative
4865                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4866                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4867                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4868                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4869                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4870                  * may not be minimized, because the waker queue may
4871                  * happen to be served only after other queues.
4872                  */
4873                 if (async_bfqq &&
4874                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4875                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4876                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4877                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4878                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4879                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4880                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4881                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4882                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4883                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4884                         )
4885                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4886                 else if (blocked_bfqq &&
4887                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4888                            blocked_bfqq->next_rq &&
4889                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4890                                               blocked_bfqq) <=
4891                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4892                         )
4893                         bfqq = blocked_bfqq;
4894                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4895                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4896                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4897                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4898                 else
4899                         bfqq = NULL;
4900
4901                 goto keep_queue;
4902         }
4903
4904         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4905 expire:
4906         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4907 new_queue:
4908         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4909         if (bfqq) {
4910                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4911                 goto check_queue;
4912         }
4913 keep_queue:
4914         if (bfqq)
4915                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4916         else
4917                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4918
4919         return bfqq;
4920 }
4921
4922 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4923 {
4924         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4925
4926         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4927                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4928                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4929                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4930                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4931                         bfqq->wr_coeff,
4932                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4933
4934                 if (entity->prio_changed)
4935                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4936
4937                 /*
4938                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4939                  * time has elapsed from the beginning of this
4940                  * weight-raising period, then end weight raising.
4941                  */
4942                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4943                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4944                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4945                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4946                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4947                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4948                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4949                                 /*
4950                                  * Either in interactive weight
4951                                  * raising, or in soft_rt weight
4952                                  * raising with the
4953                                  * interactive-weight-raising period
4954                                  * elapsed (so no switch back to
4955                                  * interactive weight raising).
4956                                  */
4957                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4958                         } else { /*
4959                                   * soft_rt finishing while still in
4960                                   * interactive period, switch back to
4961                                   * interactive weight raising
4962                                   */
4963                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4964                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4965                         }
4966                 }
4967                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4968                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4969                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4970                         /* see comments on max_service_from_wr */
4971                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4972                 }
4973         }
4974         /*
4975          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4976          * update weight both if it must be raised and if it must be
4977          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4978          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4979          * next function with the last parameter unset (see the
4980          * comments on the function).
4981          */
4982         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4983                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4984                                                 entity, false);
4985 }
4986
4987 /*
4988  * Dispatch next request from bfqq.
4989  */
4990 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4991                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4992 {
4993         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4994         unsigned long service_to_charge;
4995
4996         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4997
4998         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4999
5000         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
5001                 bfqd->wait_dispatch = false;
5002                 bfqd->waited_rq = rq;
5003         }
5004
5005         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
5006
5007         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
5008                 goto return_rq;
5009
5010         /*
5011          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5012          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5013          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5014          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5015          * weight-raised during this service slot, even if it has
5016          * received part or even most of the service as a
5017          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5018          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5019          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5020          */
5021         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5022
5023         /*
5024          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5025          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5026          * service.
5027          */
5028         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
5029                 goto return_rq;
5030
5031         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5032
5033 return_rq:
5034         return rq;
5035 }
5036
5037 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5038 {
5039         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5040
5041         /*
5042          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
5043          * most a call to dispatch for nothing
5044          */
5045         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5046                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
5047 }
5048
5049 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5050 {
5051         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5052         struct request *rq = NULL;
5053         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5054
5055         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5056                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5057                                       queuelist);
5058                 list_del_init(&rq->queuelist);
5059
5060                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5061
5062                 if (bfqq) {
5063                         /*
5064                          * Increment counters here, because this
5065                          * dispatch does not follow the standard
5066                          * dispatch flow (where counters are
5067                          * incremented)
5068                          */
5069                         bfqq->dispatched++;
5070
5071                         goto inc_in_driver_start_rq;
5072                 }
5073
5074                 /*
5075                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5076                  * decrement rq_in_driver, but
5077                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5078                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5079                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
5080                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
5081                  * lower than it should be while this request is in
5082                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5083                  * invoked uselessly.
5084                  *
5085                  * As for implementing an exact solution, the
5086                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5087                  * probably invoked also on this request. So, by
5088                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5089                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5090                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5091                  * let the value of the counter be always accurate,
5092                  * but it would entail using an extra interface
5093                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5094                  * being the frequency of non-elevator-private
5095                  * requests very low.
5096                  */
5097                 goto start_rq;
5098         }
5099
5100         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5101                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5102
5103         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5104                 goto exit;
5105
5106         /*
5107          * Force device to serve one request at a time if
5108          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5109          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5110          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5111          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5112          * some unlucky request wait for as long as the device
5113          * wishes.
5114          *
5115          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5116          * throughput.
5117          */
5118         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5119                 goto exit;
5120
5121         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5122         if (!bfqq)
5123                 goto exit;
5124
5125         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5126
5127         if (rq) {
5128 inc_in_driver_start_rq:
5129                 bfqd->rq_in_driver++;
5130 start_rq:
5131                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5132         }
5133 exit:
5134         return rq;
5135 }
5136
5137 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5138 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5139                                       struct request *rq,
5140                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5141                                       bool idle_timer_disabled)
5142 {
5143         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5144
5145         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5146                 return;
5147
5148         /*
5149          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5150          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5151          * dispatched to the device, and then can be completed and
5152          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5153          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5154          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5155          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5156          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5157          *
5158          * In addition, the following queue lock guarantees that
5159          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5160          */
5161         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5162         if (idle_timer_disabled)
5163                 /*
5164                  * Since the idle timer has been disabled,
5165                  * in_serv_queue contained some request when
5166                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5167                  * implies that rq was picked exactly from
5168                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5169                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5170                  * arguments.
5171                  */
5172                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5173         if (bfqq) {
5174                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5175
5176                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5177                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5178                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5179         }
5180         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5181 }
5182 #else
5183 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5184                                              struct request *rq,
5185                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5186                                              bool idle_timer_disabled) {}
5187 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5188
5189 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5190 {
5191         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5192         struct request *rq;
5193         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5194         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5195
5196         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5197
5198         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5199         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5200
5201         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5202         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5203                 idle_timer_disabled =
5204                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5205         }
5206
5207         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5208         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5209                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5210                                 idle_timer_disabled);
5211
5212         return rq;
5213 }
5214
5215 /*
5216  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5217  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5218  *
5219  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5220  * this function on it.
5221  */
5222 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5223 {
5224         struct bfq_queue *item;
5225         struct hlist_node *n;
5226         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5227
5228         if (bfqq->bfqd)
5229                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
5230                              bfqq, bfqq->ref);
5231
5232         bfqq->ref--;
5233         if (bfqq->ref)
5234                 return;
5235
5236         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5237                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5238                 /*
5239                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5240                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5241                  * does not contribute to the burst any longer. This
5242                  * decrement helps filter out false positives of large
5243                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5244                  * the execution of commands by some service) happens
5245                  * to start and exit while a complex application is
5246                  * starting, and thus spawning several processes that
5247                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5248                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5249                  *
5250                  * In particular, the decrement is performed only if:
5251                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5252                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5253                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5254                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5255                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5256                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5257                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5258                  * the current burst list--without incrementing
5259                  * bust_size--because of a split, but the current
5260                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5261                  * (see comments on the case of a split in
5262                  * bfq_set_request).
5263                  */
5264                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5265                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5266         }
5267
5268         /*
5269          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5270          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5271          * must be removed from the woken list of its possible waker
5272          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5273          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5274          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5275          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5276          * particular, this happens when the last process associated
5277          * with bfqq exits or gets associated with a different
5278          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5279          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5280          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5281          * way to handle all cases.
5282          */
5283         /* remove bfqq from woken list */
5284         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5285                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5286
5287         /* reset waker for all queues in woken list */
5288         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5289                                   woken_list_node) {
5290                 item->waker_bfqq = NULL;
5291                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5292         }
5293
5294         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5295                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5296
5297         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5298         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5299 }
5300
5301 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5302 {
5303         bfqq->stable_ref--;
5304         bfq_put_queue(bfqq);
5305 }
5306
5307 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5308 {
5309         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5310
5311         /*
5312          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5313          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5314          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5315          */
5316         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5317         while (__bfqq) {
5318                 if (__bfqq == bfqq)
5319                         break;
5320                 next = __bfqq->new_bfqq;
5321                 bfq_put_queue(__bfqq);
5322                 __bfqq = next;
5323         }
5324 }
5325
5326 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5327 {
5328         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5329                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5330                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5331         }
5332
5333         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5334
5335         bfq_put_cooperator(bfqq);
5336
5337         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5338 }
5339
5340 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5341 {
5342         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5343         struct bfq_data *bfqd;
5344
5345         if (bfqq)
5346                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5347
5348         if (bfqq && bfqd) {
5349                 unsigned long flags;
5350
5351                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5352                 bfqq->bic = NULL;
5353                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5354                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5355                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5356         }
5357 }
5358
5359 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5360 {
5361         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5362
5363         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5364                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5365
5366                 /*
5367                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5368                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5369                  */
5370                 if (bfqd) {
5371                         unsigned long flags;
5372
5373                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5374                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5375                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5376                 } else {
5377                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5378                 }
5379         }
5380
5381         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5382         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5383 }
5384
5385 /*
5386  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5387  * be used until the next (re)activation.
5388  */
5389 static void
5390 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5391 {
5392         struct task_struct *tsk = current;
5393         int ioprio_class;
5394         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5395
5396         if (!bfqd)
5397                 return;
5398
5399         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5400         switch (ioprio_class) {
5401         default:
5402                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5403                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5404                         ioprio_class);
5405                 fallthrough;
5406         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5407                 /*
5408                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5409                  */
5410                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5411                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5412                 break;
5413         case IOPRIO_CLASS_RT:
5414                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5415                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5416                 break;
5417         case IOPRIO_CLASS_BE:
5418                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5419                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5420                 break;
5421         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5422                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5423                 bfqq->new_ioprio = 7;
5424                 break;
5425         }
5426
5427         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5428                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5429                         bfqq->new_ioprio);
5430                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5431         }
5432
5433         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5434         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5435                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5436         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5437 }
5438
5439 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5440                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5441                                        struct bfq_io_cq *bic,
5442                                        bool respawn);
5443
5444 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5445 {
5446         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5447         struct bfq_queue *bfqq;
5448         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5449
5450         /*
5451          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5452          * drop the lock before returning.
5453          */
5454         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5455                 return;
5456
5457         bic->ioprio = ioprio;
5458
5459         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5460         if (bfqq) {
5461                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5462                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5463                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5464         }
5465
5466         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5467         if (bfqq)
5468                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5469 }
5470
5471 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5472                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5473 {
5474         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5475
5476         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5477         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5478         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5479         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5480         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5481
5482         bfqq->ref = 0;
5483         bfqq->bfqd = bfqd;
5484
5485         if (bic)
5486                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5487
5488         if (is_sync) {
5489                 /*
5490                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5491                  * idle_class, because no device idling is performed
5492                  * for queues in idle class
5493                  */
5494                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5495                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5496                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5497                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5498                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5499         } else
5500                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5501
5502         /* set end request to minus infinity from now */
5503         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5504
5505         bfqq->creation_time = jiffies;
5506
5507         bfqq->io_start_time = now_ns;
5508
5509         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5510
5511         bfqq->pid = pid;
5512
5513         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5514         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5515         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5516
5517         bfqq->wr_coeff = 1;
5518         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5519         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5520         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5521
5522         /*
5523          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5524          * process/queue in the recent past,
5525          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5526          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5527          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5528          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5529          * no bandwidth so far.
5530          */
5531         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5532
5533         /* first request is almost certainly seeky */
5534         bfqq->seek_history = 1;
5535 }
5536
5537 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5538                                                struct bfq_group *bfqg,
5539                                                int ioprio_class, int ioprio)
5540 {
5541         switch (ioprio_class) {
5542         case IOPRIO_CLASS_RT:
5543                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5544         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5545                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5546                 fallthrough;
5547         case IOPRIO_CLASS_BE:
5548                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5549         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5550                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5551         default:
5552                 return NULL;
5553         }
5554 }
5555
5556 static struct bfq_queue *
5557 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5558                           struct bfq_io_cq *bic,
5559                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5560 {
5561         struct bfq_queue *new_bfqq =
5562                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5563
5564         if (!new_bfqq)
5565                 return bfqq;
5566
5567         if (new_bfqq->bic)
5568                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5569         bic->stably_merged = true;
5570
5571         /*
5572          * Reusing merge functions. This implies that
5573          * bfqq->bic must be set too, for
5574          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5575          * state before killing it.
5576          */
5577         bfqq->bic = bic;
5578         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5579
5580         return new_bfqq;
5581 }
5582
5583 /*
5584  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5585  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5586  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5587  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5588  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5589  * remains temporarily empty.
5590  *
5591  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5592  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5593  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5594  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5595  * basing on the following two facts.
5596  *
5597  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5598  * contribute to the execution/completion of that common application
5599  * or task. So the performance figures that matter are total
5600  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5601  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5602  * of individual bandwidth or latency.
5603  *
5604  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5605  *
5606  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5607  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5608  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5609  * involved processes are.
5610  *
5611  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5612  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5613  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5614  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5615  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5616  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5617  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5618  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5619  *
5620  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5621  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5622  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5623  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5624  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5625  *
5626  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5627  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5628  */
5629 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5630                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5631                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5632 {
5633         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5634                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5635                 &bfqd->last_bfqq_created;
5636
5637         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5638
5639         /*
5640          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5641          * it has been set already, but too long ago, then move it
5642          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5643          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5644          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5645          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5646          * schedule a delayed stable merge.
5647          *
5648          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5649          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5650          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5651          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5652          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5653          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5654          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5655          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5656          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5657          */
5658         if (!last_bfqq_created ||
5659             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5660                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5661                         bfqq->creation_time) ||
5662                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5663                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5664                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5665                 *source_bfqq = bfqq;
5666         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5667                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5668                                  bfqq->creation_time)) {
5669                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5670                         /*
5671                          * With this type of drive, leaving
5672                          * bfqq alone may provide no
5673                          * throughput benefits compared with
5674                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5675                          */
5676                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5677                                                          bic,
5678                                                          last_bfqq_created);
5679                 else { /* schedule tentative stable merge */
5680                         /*
5681                          * get reference on last_bfqq_created,
5682                          * to prevent it from being freed,
5683                          * until we decide whether to merge
5684                          */
5685                         last_bfqq_created->ref++;
5686                         /*
5687                          * need to keep track of stable refs, to
5688                          * compute process refs correctly
5689                          */
5690                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5691                         /*
5692                          * Record the bfqq to merge to.
5693                          */
5694                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5695                 }
5696         }
5697
5698         return bfqq;
5699 }
5700
5701
5702 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5703                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5704                                        struct bfq_io_cq *bic,
5705                                        bool respawn)
5706 {
5707         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5708         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5709         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5710         struct bfq_queue *bfqq;
5711         struct bfq_group *bfqg;
5712
5713         rcu_read_lock();
5714
5715         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5716         if (!bfqg) {
5717                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5718                 goto out;
5719         }
5720
5721         if (!is_sync) {
5722                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5723                                                   ioprio);
5724                 bfqq = *async_bfqq;
5725                 if (bfqq)
5726                         goto out;
5727         }
5728
5729         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5730                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5731                                      bfqd->queue->node);
5732
5733         if (bfqq) {
5734                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5735                               is_sync);
5736                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5737                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5738         } else {
5739                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5740                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5741                 goto out;
5742         }
5743
5744         /*
5745          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5746          * prune it.
5747          */
5748         if (async_bfqq) {
5749                 bfqq->ref++; /*
5750                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5751                               * queue. This extra reference is removed
5752                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5753                               * guarantee that this queue is not freed
5754                               * until its group goes away.
5755                               */
5756                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5757                              bfqq, bfqq->ref);
5758                 *async_bfqq = bfqq;
5759         }
5760
5761 out:
5762         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5763
5764         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5765                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5766
5767         rcu_read_unlock();
5768         return bfqq;
5769 }
5770
5771 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5772                                     struct bfq_queue *bfqq)
5773 {
5774         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5775         u64 elapsed;
5776
5777         /*
5778          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5779          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5780          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5781          */
5782         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5783                 return;
5784         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5785         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5786
5787         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5788         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5789         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5790                                      ttime->ttime_samples);
5791 }
5792
5793 static void
5794 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5795                        struct request *rq)
5796 {
5797         bfqq->seek_history <<= 1;
5798         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5799
5800         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5801             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5802             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5803                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5804                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5805                         /*
5806                          * In soft_rt weight raising with the
5807                          * interactive-weight-raising period
5808                          * elapsed (so no switch back to
5809                          * interactive weight raising).
5810                          */
5811                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5812                 } else { /*
5813                           * stopping soft_rt weight raising
5814                           * while still in interactive period,
5815                           * switch back to interactive weight
5816                           * raising
5817                           */
5818                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5819                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5820                 }
5821         }
5822 }
5823
5824 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5825                                        struct bfq_queue *bfqq,
5826                                        struct bfq_io_cq *bic)
5827 {
5828         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5829
5830         /*
5831          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5832          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5833          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5834          */
5835         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5836             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5837                 return;
5838
5839         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5840         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5841                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5842                 return;
5843
5844         /* Think time is infinite if no process is linked to
5845          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5846          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5847          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5848          */
5849         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5850             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5851              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5852                 has_short_ttime = false;
5853
5854         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5855
5856         if (has_short_ttime)
5857                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5858         else
5859                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5860
5861         /*
5862          * Until the base value for the total service time gets
5863          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5864          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5865          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5866          * short or long (details in the comments in
5867          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5868          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5869          * has changed and the above base value is still to be
5870          * computed.
5871          *
5872          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5873          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5874          * (inclusive) if the change is from short to long think
5875          * time. The reason for this waiting is as follows.
5876          *
5877          * bfqq may have a long think time because of a
5878          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5879          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5880          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5881          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5882          *
5883          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5884          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5885          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5886          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5887          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5888          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5889          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5890          * and in a severe loss of total throughput.
5891          *
5892          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5893          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5894          * bfqq to receive new I/O soon.
5895          *
5896          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5897          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5898          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5899          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5900          * would cause the body of the next if to be executed
5901          * immediately. But this would set to 0 the inject
5902          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5903          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5904          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5905          * of such a steady oscillation between the two think-time
5906          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5907          *
5908          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5909          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5910          * think time samples can grow significantly before the reset
5911          * is performed. As a consequence, the think time state can
5912          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5913          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5914          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5915          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5916          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5917          *
5918          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5919          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5920          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5921          * (as explained in the comments in
5922          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5923          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5924          * an effective handling of a synchronization, through
5925          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5926          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5927          * brought forward, because it is not blocked for
5928          * milliseconds.
5929          *
5930          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5931          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5932          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5933          * waker queue is defined in the comments in
5934          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5935          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5936          * of the waker queue unconditionally on every
5937          * bfq_dispatch_request().
5938          *
5939          * One last, important benefit of not resetting the inject
5940          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5941          * base value for the total service time is likely to get
5942          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5943          * its relation with the think time.
5944          */
5945         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5946             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5947                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5948              !has_short_ttime))
5949                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5950 }
5951
5952 /*
5953  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5954  * something we should do about it.
5955  */
5956 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5957                             struct request *rq)
5958 {
5959         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5960                 bfqq->meta_pending++;
5961
5962         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5963
5964         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5965                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5966                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5967                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5968
5969                 /*
5970                  * There is just this request queued: if
5971                  * - the request is small, and
5972                  * - we are idling to boost throughput, and
5973                  * - the queue is not to be expired,
5974                  * then just exit.
5975                  *
5976                  * In this way, if the device is being idled to wait
5977                  * for a new request from the in-service queue, we
5978                  * avoid unplugging the device and committing the
5979                  * device to serve just a small request. In contrast
5980                  * we wait for the block layer to decide when to
5981                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5982                  * merged to this one quickly, then the device will be
5983                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5984                  */
5985                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5986                     !budget_timeout)
5987                         return;
5988
5989                 /*
5990                  * A large enough request arrived, or idling is being
5991                  * performed to preserve service guarantees, or
5992                  * finally the queue is to be expired: in all these
5993                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5994                  * wait_request flag and reset timer.
5995                  */
5996                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5997                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5998
5999                 /*
6000                  * The queue is not empty, because a new request just
6001                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
6002                  * case of budget timeout, without risking that the
6003                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
6004                  * See [1] for more details.
6005                  */
6006                 if (budget_timeout)
6007                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6008                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6009         }
6010 }
6011
6012 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
6013 {
6014         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6015
6016         for_each_entity(entity)
6017                 entity->allocated++;
6018 }
6019
6020 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
6021 {
6022         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6023
6024         for_each_entity(entity)
6025                 entity->allocated--;
6026 }
6027
6028 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6029 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6030 {
6031         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6032                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6033                                                  RQ_BIC(rq));
6034         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6035
6036         if (new_bfqq) {
6037                 /*
6038                  * Release the request's reference to the old bfqq
6039                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6040                  */
6041                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6042                 bfqq_request_freed(bfqq);
6043                 new_bfqq->ref++;
6044                 /*
6045                  * If the bic associated with the process
6046                  * issuing this request still points to bfqq
6047                  * (and thus has not been already redirected
6048                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6049                  * then complete the merge and redirect it to
6050                  * new_bfqq.
6051                  */
6052                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
6053                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6054                                         bfqq, new_bfqq);
6055
6056                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6057                 /*
6058                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6059                  * release rq reference on bfqq
6060                  */
6061                 bfq_put_queue(bfqq);
6062                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6063                 bfqq = new_bfqq;
6064         }
6065
6066         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6067         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6068         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6069
6070         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6071         bfq_add_request(rq);
6072         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6073
6074         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6075         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6076
6077         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6078
6079         return idle_timer_disabled;
6080 }
6081
6082 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6083 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6084                                     struct bfq_queue *bfqq,
6085                                     bool idle_timer_disabled,
6086                                     unsigned int cmd_flags)
6087 {
6088         if (!bfqq)
6089                 return;
6090
6091         /*
6092          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6093          * either it is merged with another queue, or the process it
6094          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6095          * the same process currently executing this flow of
6096          * instructions.
6097          *
6098          * In addition, the following queue lock guarantees that
6099          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6100          */
6101         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6102         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6103         if (idle_timer_disabled)
6104                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6105         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6106 }
6107 #else
6108 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6109                                            struct bfq_queue *bfqq,
6110                                            bool idle_timer_disabled,
6111                                            unsigned int cmd_flags) {}
6112 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6113
6114 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6115                                bool at_head)
6116 {
6117         struct request_queue *q = hctx->queue;
6118         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6119         struct bfq_queue *bfqq;
6120         bool idle_timer_disabled = false;
6121         unsigned int cmd_flags;
6122         LIST_HEAD(free);
6123
6124 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6125         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6126                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6127 #endif
6128         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6129         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6130                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6131                 blk_mq_free_requests(&free);
6132                 return;
6133         }
6134
6135         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6136
6137         trace_block_rq_insert(rq);
6138
6139         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6140         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6141         if (!bfqq || at_head) {
6142                 if (at_head)
6143                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6144                 else
6145                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6146         } else {
6147                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6148                 /*
6149                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6150                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6151                  * redirected into a new queue.
6152                  */
6153                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6154
6155                 if (rq_mergeable(rq)) {
6156                         elv_rqhash_add(q, rq);
6157                         if (!q->last_merge)
6158                                 q->last_merge = rq;
6159                 }
6160         }
6161
6162         /*
6163          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6164          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6165          * merge).
6166          */
6167         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6168         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6169
6170         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6171                                 cmd_flags);
6172 }
6173
6174 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6175                                 struct list_head *list, bool at_head)
6176 {
6177         while (!list_empty(list)) {
6178                 struct request *rq;
6179
6180                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6181                 list_del_init(&rq->queuelist);
6182                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6183         }
6184 }
6185
6186 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6187 {
6188         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6189
6190         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6191                                        bfqd->rq_in_driver);
6192
6193         if (bfqd->hw_tag == 1)
6194                 return;
6195
6196         /*
6197          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6198          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6199          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6200          * requests.
6201          */
6202         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6203                 return;
6204
6205         /*
6206          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6207          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6208          * case
6209          */
6210         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6211             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6212             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6213             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6214                 return;
6215
6216         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6217                 return;
6218
6219         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6220         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6221         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6222
6223         bfqd->nonrot_with_queueing =
6224                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6225 }
6226
6227 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6228 {
6229         u64 now_ns;
6230         u32 delta_us;
6231
6232         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6233
6234         bfqd->rq_in_driver--;
6235         bfqq->dispatched--;
6236
6237         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6238                 /*
6239                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6240                  * time at which the queue remains with no backlog and
6241                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6242                  * mechanism).
6243                  */
6244                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6245
6246                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6247         }
6248
6249         now_ns = ktime_get_ns();
6250
6251         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6252
6253         /*
6254          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6255          * computing rate in next check.
6256          */
6257         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6258
6259         /*
6260          * If the request took rather long to complete, and, according
6261          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6262          * implies that the request was certainly served at a very low
6263          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6264          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6265          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6266          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6267          * taken:
6268          * - close the observation interval at the last (previous)
6269          *   request dispatch or completion
6270          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6271          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6272          *   re-initialization of the observation interval on next
6273          *   dispatch
6274          */
6275         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6276            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6277                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6278                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6279         bfqd->last_completion = now_ns;
6280         /*
6281          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6282          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6283          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6284          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6285          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6286          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6287          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6288          */
6289         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6290                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6291         else
6292                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6293
6294         /*
6295          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6296          * of the task associated with the queue is actually
6297          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6298          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6299          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6300          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6301          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6302          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6303          * expires, if it still has in-flight requests.
6304          */
6305         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6306             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6307             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6308                 bfqq->soft_rt_next_start =
6309                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6310
6311         /*
6312          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6313          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6314          */
6315         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6316                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6317                         if (bfqq->dispatched == 0)
6318                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6319                         /*
6320                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6321                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6322                          * more requests (as controlled in the next
6323                          * conditional instructions). The reason for
6324                          * not expiring bfqq is as follows.
6325                          *
6326                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6327                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6328                          * implies that, even if no request arrives
6329                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6330                          * bfqq will, however, not be expired on the
6331                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6332                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6333                          * bfqq will start enjoying device idling
6334                          * (I/O-dispatch plugging).
6335                          *
6336                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6337                          * not have the chance to enjoy device idling
6338                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6339                          * zero. This would expose bfqq to violation
6340                          * of its reserved service guarantees.
6341                          */
6342                         return;
6343                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6344                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6345                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6346                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6347                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6348                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6349                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6350                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6351         }
6352
6353         if (!bfqd->rq_in_driver)
6354                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6355 }
6356
6357 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
6358 {
6359         bfqq_request_freed(bfqq);
6360         bfq_put_queue(bfqq);
6361 }
6362
6363 /*
6364  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6365  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6366  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6367  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6368  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6369  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6370  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6371  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6372  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6373  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6374  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6375  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6376  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6377  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6378  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6379  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6380  * of I/O flowing through bfqq.
6381  *
6382  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6383  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6384  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6385  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6386  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6387  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6388  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6389  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6390  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6391  * completed---remains lower than this limit.
6392  *
6393  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6394  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6395  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6396  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6397  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6398  * injection on the service times of only the first requests of
6399  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6400  * requests whose service time is affected most, because they are the
6401  * first to arrive after injection possibly occurred.
6402  *
6403  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6404  * "total service time" of first requests. We define as total service
6405  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6406  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6407  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6408  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6409  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6410  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6411  * part of the injected requests during the service hole, then,
6412  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6413  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6414  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6415  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6416  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6417  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6418  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6419  * requests with and without injection.
6420  *
6421  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6422  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6423  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6424  * case, it updates the limit as described below:
6425  *
6426  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6427  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6428  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6429  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6430  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6431  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6432  *     than the previous value.
6433  *
6434  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6435  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6436  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6437  *     current value of the limit is inflating the total service
6438  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6439  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6440  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6441  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6442  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6443  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6444  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6445  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6446  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6447  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6448  *
6449  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6450  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6451  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6452  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6453  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6454  *     it again without injection. A more effective version of this
6455  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6456  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6457  *     the total service time with the current limit does happen to be
6458  *     too large.
6459  *
6460  * More details on each step are provided in the comments on the
6461  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6462  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6463  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6464  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6465  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6466  */
6467 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6468                                     struct bfq_queue *bfqq)
6469 {
6470         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6471         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6472
6473         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6474                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6475
6476                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6477                         bfqq->inject_limit--;
6478                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6479                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6480                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6481                         bfqq->inject_limit++;
6482         }
6483
6484         /*
6485          * Either we still have to compute the base value for the
6486          * total service time, and there seem to be the right
6487          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6488          * computed.
6489          *
6490          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6491          * request in flight, because this function is in the code
6492          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6493          * in particular, this function is executed before
6494          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6495          */
6496         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6497             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6498                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6499                         /*
6500                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6501                          * start trying injection.
6502                          */
6503                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6504                 }
6505                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6506         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6507                 /*
6508                  * No I/O injected and no request still in service in
6509                  * the drive: these are the exact conditions for
6510                  * computing the base value of the total service time
6511                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6512                  * rather variable. For example, it varies if the size
6513                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6514                  * change.
6515                  */
6516                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6517
6518
6519         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6520         bfqd->waited_rq = NULL;
6521         bfqd->rqs_injected = false;
6522 }
6523
6524 /*
6525  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6526  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6527  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6528  * the scheduler.
6529  */
6530 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6531 {
6532         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6533         struct bfq_data *bfqd;
6534         unsigned long flags;
6535
6536         /*
6537          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6538          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6539          * a bfq_queue.
6540          */
6541         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6542                 return;
6543
6544         bfqd = bfqq->bfqd;
6545
6546         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6547                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6548                                              rq->start_time_ns,
6549                                              rq->io_start_time_ns,
6550                                              rq->cmd_flags);
6551
6552         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6553         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6554                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6555                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6556
6557                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6558         }
6559         bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6560         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6561
6562         /*
6563          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6564          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6565          * invoked again on this same request (see the check at the
6566          * beginning of the function). Probably, a better general
6567          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6568          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6569          * referred by that elevator.
6570          *
6571          * Resetting the following fields would break the
6572          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6573          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6574          * that re-insertions of requeued requests, without
6575          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6576          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6577          * queues).
6578          */
6579         rq->elv.priv[0] = NULL;
6580         rq->elv.priv[1] = NULL;
6581 }
6582
6583 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6584 {
6585         bfq_finish_requeue_request(rq);
6586
6587         if (rq->elv.icq) {
6588                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6589                 rq->elv.icq = NULL;
6590         }
6591 }
6592
6593 /*
6594  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6595  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6596  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6597  * was the last process referring to that bfqq.
6598  */
6599 static struct bfq_queue *
6600 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6601 {
6602         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6603
6604         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6605                 bfqq->pid = current->pid;
6606                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6607                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6608                 return bfqq;
6609         }
6610
6611         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6612
6613         bfq_put_cooperator(bfqq);
6614
6615         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6616         return NULL;
6617 }
6618
6619 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6620                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6621                                                    struct bio *bio,
6622                                                    bool split, bool is_sync,
6623                                                    bool *new_queue)
6624 {
6625         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6626
6627         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6628                 return bfqq;
6629
6630         if (new_queue)
6631                 *new_queue = true;
6632
6633         if (bfqq)
6634                 bfq_put_queue(bfqq);
6635         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6636
6637         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6638         if (split && is_sync) {
6639                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6640                     bic->saved_in_large_burst)
6641                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6642                 else {
6643                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6644                         if (bic->was_in_burst_list)
6645                                 /*
6646                                  * If bfqq was in the current
6647                                  * burst list before being
6648                                  * merged, then we have to add
6649                                  * it back. And we do not need
6650                                  * to increase burst_size, as
6651                                  * we did not decrement
6652                                  * burst_size when we removed
6653                                  * bfqq from the burst list as
6654                                  * a consequence of a merge
6655                                  * (see comments in
6656                                  * bfq_put_queue). In this
6657                                  * respect, it would be rather
6658                                  * costly to know whether the
6659                                  * current burst list is still
6660                                  * the same burst list from
6661                                  * which bfqq was removed on
6662                                  * the merge. To avoid this
6663                                  * cost, if bfqq was in a
6664                                  * burst list, then we add
6665                                  * bfqq to the current burst
6666                                  * list without any further
6667                                  * check. This can cause
6668                                  * inappropriate insertions,
6669                                  * but rarely enough to not
6670                                  * harm the detection of large
6671                                  * bursts significantly.
6672                                  */
6673                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6674                                                &bfqd->burst_list);
6675                 }
6676                 bfqq->split_time = jiffies;
6677         }
6678
6679         return bfqq;
6680 }
6681
6682 /*
6683  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6684  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6685  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6686  * preparation.
6687  */
6688 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6689 {
6690         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6691
6692         /*
6693          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6694          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6695          * previously allocated bic/bfqq structs.
6696          */
6697         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6698 }
6699
6700 /*
6701  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6702  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6703  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6704  * not associated with any bfq_queue.
6705  *
6706  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6707  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6708  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6709  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6710  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6711  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6712  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6713  * signal this transformation. As a consequence, should these
6714  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6715  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6716  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6717  * incremented some queue counters for an rq destined to
6718  * transformation, without any chance to correctly lower these
6719  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6720  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6721  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6722  */
6723 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6724 {
6725         struct request_queue *q = rq->q;
6726         struct bio *bio = rq->bio;
6727         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6728         struct bfq_io_cq *bic;
6729         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6730         struct bfq_queue *bfqq;
6731         bool new_queue = false;
6732         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6733
6734         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6735                 return NULL;
6736
6737         /*
6738          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6739          * for this rq. This holds true, because this function is
6740          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6741          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6742          * being removed from bfq.
6743          */
6744         if (rq->elv.priv[1])
6745                 return rq->elv.priv[1];
6746
6747         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6748
6749         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6750
6751         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6752
6753         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6754                                          &new_queue);
6755
6756         if (likely(!new_queue)) {
6757                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6758                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6759                         !bic->stably_merged) {
6760                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6761
6762                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6763                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6764                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6765
6766                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6767                         split = true;
6768
6769                         if (!bfqq) {
6770                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6771                                                                  true, is_sync,
6772                                                                  NULL);
6773                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6774                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6775
6776                                 /*
6777                                  * If the waker queue disappears, then
6778                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6779                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6780                                  * woken_list of the waker. See
6781                                  * bfq_check_waker for details.
6782                                  */
6783                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6784                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6785                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6786                         } else
6787                                 bfqq_already_existing = true;
6788                 }
6789         }
6790
6791         bfqq_request_allocated(bfqq);
6792         bfqq->ref++;
6793         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6794                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6795
6796         rq->elv.priv[0] = bic;
6797         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6798
6799         /*
6800          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6801          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6802          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6803          * resume its state.
6804          */
6805         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6806                 bfqq->bic = bic;
6807                 if (split) {
6808                         /*
6809                          * The queue has just been split from a shared
6810                          * queue: restore the idle window and the
6811                          * possible weight raising period.
6812                          */
6813                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6814                                               bfqq_already_existing);
6815                 }
6816         }
6817
6818         /*
6819          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6820          * created queues only if:
6821          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6822          * or
6823          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6824          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6825          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6826          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6827          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6828          *    bfq_handle_burst().
6829          *
6830          * This filtering also helps eliminating false positives,
6831          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6832          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6833          * to trigger the creation of new queues very close to when
6834          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6835          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6836          * this issue.
6837          */
6838         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6839                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6840                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6841                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6842
6843         return bfqq;
6844 }
6845
6846 static void
6847 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6848 {
6849         enum bfqq_expiration reason;
6850         unsigned long flags;
6851
6852         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6853
6854         /*
6855          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6856          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6857          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6858          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6859          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6860          */
6861         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6862                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6863                 return;
6864         }
6865
6866         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6867
6868         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6869                 /*
6870                  * Also here the queue can be safely expired
6871                  * for budget timeout without wasting
6872                  * guarantees
6873                  */
6874                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6875         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6876                 /*
6877                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6878                  * because we may not disable the timer when the
6879                  * first request of the in-service queue arrives
6880                  * during disk idling.
6881                  */
6882                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6883         else
6884                 goto schedule_dispatch;
6885
6886         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6887
6888 schedule_dispatch:
6889         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6890         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6891 }
6892
6893 /*
6894  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6895  * is idling inside its time slice.
6896  */
6897 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6898 {
6899         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6900                                              idle_slice_timer);
6901         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6902
6903         /*
6904          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6905          * different from the queue that was idling if a new request
6906          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6907          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6908          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6909          * early.
6910          */
6911         if (bfqq)
6912                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6913
6914         return HRTIMER_NORESTART;
6915 }
6916
6917 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6918                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6919 {
6920         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6921
6922         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6923         if (bfqq) {
6924                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6925
6926                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6927                              bfqq, bfqq->ref);
6928                 bfq_put_queue(bfqq);
6929                 *bfqq_ptr = NULL;
6930         }
6931 }
6932
6933 /*
6934  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6935  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6936  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6937  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6938  */
6939 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6940 {
6941         int i, j;
6942
6943         for (i = 0; i < 2; i++)
6944                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6945                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6946
6947         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6948 }
6949
6950 /*
6951  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6952  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6953  */
6954 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
6955 {
6956         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
6957
6958         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
6959         /*
6960          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6961          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6962          *
6963          * In next formulas, right-shift the value
6964          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6965          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6966          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6967          * limit 'something'.
6968          */
6969         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6970         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
6971         /*
6972          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6973          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6974          * writes)
6975          */
6976         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
6977
6978         /*
6979          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6980          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6981          * highest percentage for which, in our tests, application
6982          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6983          * shortage.
6984          */
6985         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6986         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
6987         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6988         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
6989 }
6990
6991 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6992 {
6993         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6994         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6995
6996         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6997         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
6998 }
6999
7000 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
7001 {
7002         bfq_depth_updated(hctx);
7003         return 0;
7004 }
7005
7006 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
7007 {
7008         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7009         struct bfq_queue *bfqq, *n;
7010
7011         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7012
7013         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7014         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
7015                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
7016         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7017
7018         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7019
7020         /* release oom-queue reference to root group */
7021         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
7022
7023 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7024         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
7025 #else
7026         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7027         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7028         kfree(bfqd->root_group);
7029         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7030 #endif
7031
7032         wbt_enable_default(bfqd->queue);
7033
7034         kfree(bfqd);
7035 }
7036
7037 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7038                                 struct bfq_data *bfqd)
7039 {
7040         int i;
7041
7042 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7043         root_group->entity.parent = NULL;
7044         root_group->my_entity = NULL;
7045         root_group->bfqd = bfqd;
7046 #endif
7047         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7048         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7049                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7050         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7051 }
7052
7053 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7054 {
7055         struct bfq_data *bfqd;
7056         struct elevator_queue *eq;
7057
7058         eq = elevator_alloc(q, e);
7059         if (!eq)
7060                 return -ENOMEM;
7061
7062         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7063         if (!bfqd) {
7064                 kobject_put(&eq->kobj);
7065                 return -ENOMEM;
7066         }
7067         eq->elevator_data = bfqd;
7068
7069         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7070         q->elevator = eq;
7071         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7072
7073         /*
7074          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7075          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7076          * will not attempt to free it.
7077          */
7078         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
7079         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7080         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7081         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7082         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7083                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7084
7085         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7086         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7087
7088         /*
7089          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7090          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7091          * class won't be changed any more.
7092          */
7093         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7094
7095         bfqd->queue = q;
7096
7097         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7098
7099         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7100                      HRTIMER_MODE_REL);
7101         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7102
7103         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7104         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7105
7106         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7107         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7108         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7109
7110         bfqd->hw_tag = -1;
7111         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7112
7113         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7114
7115         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7116         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7117         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7118         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7119         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7120         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7121
7122         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7123         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7124
7125         bfqd->low_latency = true;
7126
7127         /*
7128          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7129          */
7130         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7131         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7132         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7133         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7134         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7135         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7136                                               * Approximate rate required
7137                                               * to playback or record a
7138                                               * high-definition compressed
7139                                               * video.
7140                                               */
7141         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7142
7143         /*
7144          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7145          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7146          */
7147         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7148                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7149         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7150
7151         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7152
7153         /*
7154          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7155          * function is the head of a chain of function calls
7156          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7157          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7158          * has_work hook function. For this reason,
7159          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7160          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7161          * that can be initialized only after invoking
7162          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7163          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7164          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7165          * from invoking further scheduler hooks before this init
7166          * function is finished.
7167          */
7168         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7169         if (!bfqd->root_group)
7170                 goto out_free;
7171         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7172         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7173
7174         wbt_disable_default(q);
7175         return 0;
7176
7177 out_free:
7178         kfree(bfqd);
7179         kobject_put(&eq->kobj);
7180         return -ENOMEM;
7181 }
7182
7183 static void bfq_slab_kill(void)
7184 {
7185         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7186 }
7187
7188 static int __init bfq_slab_setup(void)
7189 {
7190         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7191         if (!bfq_pool)
7192                 return -ENOMEM;
7193         return 0;
7194 }
7195
7196 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7197 {
7198         return sprintf(page, "%u\n", var);
7199 }
7200
7201 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7202 {
7203         unsigned long new_val;
7204         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7205
7206         if (ret)
7207                 return ret;
7208         *var = new_val;
7209         return 0;
7210 }
7211
7212 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7213 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7214 {                                                                       \
7215         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7216         u64 __data = __VAR;                                             \
7217         if (__CONV == 1)                                                \
7218                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7219         else if (__CONV == 2)                                           \
7220                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7221         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7222 }
7223 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7224 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7225 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7226 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7227 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7228 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7229 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7230 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7231 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7232 #undef SHOW_FUNCTION
7233
7234 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7235 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7236 {                                                                       \
7237         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7238         u64 __data = __VAR;                                             \
7239         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7240         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7241 }
7242 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7243 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7244
7245 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7246 static ssize_t                                                          \
7247 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7248 {                                                                       \
7249         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7250         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7251         int ret;                                                        \
7252                                                                         \
7253         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7254         if (ret)                                                        \
7255                 return ret;                                             \
7256         if (__data < __min)                                             \
7257                 __data = __min;                                         \
7258         else if (__data > __max)                                        \
7259                 __data = __max;                                         \
7260         if (__CONV == 1)                                                \
7261                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7262         else if (__CONV == 2)                                           \
7263                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7264         else                                                            \
7265                 *(__PTR) = __data;                                      \
7266         return count;                                                   \
7267 }
7268 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7269                 INT_MAX, 2);
7270 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7271                 INT_MAX, 2);
7272 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7273 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7274                 INT_MAX, 0);
7275 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7276 #undef STORE_FUNCTION
7277
7278 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7279 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7280 {                                                                       \
7281         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7282         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7283         int ret;                                                        \
7284                                                                         \
7285         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7286         if (ret)                                                        \
7287                 return ret;                                             \
7288         if (__data < __min)                                             \
7289                 __data = __min;                                         \
7290         else if (__data > __max)                                        \
7291                 __data = __max;                                         \
7292         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7293         return count;                                                   \
7294 }
7295 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7296                     UINT_MAX);
7297 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7298
7299 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7300                                     const char *page, size_t count)
7301 {
7302         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7303         unsigned long __data;
7304         int ret;
7305
7306         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7307         if (ret)
7308                 return ret;
7309
7310         if (__data == 0)
7311                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7312         else {
7313                 if (__data > INT_MAX)
7314                         __data = INT_MAX;
7315                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7316         }
7317
7318         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7319
7320         return count;
7321 }
7322
7323 /*
7324  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7325  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7326  */
7327 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7328                                       const char *page, size_t count)
7329 {
7330         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7331         unsigned long __data;
7332         int ret;
7333
7334         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7335         if (ret)
7336                 return ret;
7337
7338         if (__data < 1)
7339                 __data = 1;
7340         else if (__data > INT_MAX)
7341                 __data = INT_MAX;
7342
7343         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7344         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7345                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7346
7347         return count;
7348 }
7349
7350 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7351                                      const char *page, size_t count)
7352 {
7353         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7354         unsigned long __data;
7355         int ret;
7356
7357         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7358         if (ret)
7359                 return ret;
7360
7361         if (__data > 1)
7362                 __data = 1;
7363         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7364             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7365                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7366
7367         bfqd->strict_guarantees = __data;
7368
7369         return count;
7370 }
7371
7372 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7373                                      const char *page, size_t count)
7374 {
7375         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7376         unsigned long __data;
7377         int ret;
7378
7379         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7380         if (ret)
7381                 return ret;
7382
7383         if (__data > 1)
7384                 __data = 1;
7385         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7386                 bfq_end_wr(bfqd);
7387         bfqd->low_latency = __data;
7388
7389         return count;
7390 }
7391
7392 #define BFQ_ATTR(name) \
7393         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7394
7395 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7396         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7397         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7398         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7399         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7400         BFQ_ATTR(slice_idle),
7401         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7402         BFQ_ATTR(max_budget),
7403         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7404         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7405         BFQ_ATTR(low_latency),
7406         __ATTR_NULL
7407 };
7408
7409 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7410         .ops = {
7411                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7412                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7413                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7414                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7415                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7416                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7417                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7418                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7419                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7420                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7421                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7422                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7423                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7424                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7425                 .has_work               = bfq_has_work,
7426                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7427                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7428                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7429                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7430         },
7431
7432         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7433         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7434         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7435         .elevator_name =        "bfq",
7436         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7437 };
7438 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7439
7440 static int __init bfq_init(void)
7441 {
7442         int ret;
7443
7444 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7445         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7446         if (ret)
7447                 return ret;
7448 #endif
7449
7450         ret = -ENOMEM;
7451         if (bfq_slab_setup())
7452                 goto err_pol_unreg;
7453
7454         /*
7455          * Times to load large popular applications for the typical
7456          * systems installed on the reference devices (see the
7457          * comments before the definition of the next
7458          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7459          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7460          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7461          * are computed over much shorter time intervals than the long
7462          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7463          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7464          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7465          * be run for a long time.
7466          */
7467         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7468         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7469
7470         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7471         if (ret)
7472                 goto slab_kill;
7473
7474         return 0;
7475
7476 slab_kill:
7477         bfq_slab_kill();
7478 err_pol_unreg:
7479 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7480         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7481 #endif
7482         return ret;
7483 }
7484
7485 static void __exit bfq_exit(void)
7486 {
7487         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7488 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7489         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7490 #endif
7491         bfq_slab_kill();
7492 }
7493
7494 module_init(bfq_init);
7495 module_exit(bfq_exit);
7496
7497 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7498 MODULE_LICENSE("GPL");
7499 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");