OSDN Git Service

smb3: Add defines for new information level, FileIdInformation
[tomoyo/tomoyo-test1.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/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126
127 #include "blk.h"
128 #include "blk-mq.h"
129 #include "blk-mq-tag.h"
130 #include "blk-mq-sched.h"
131 #include "bfq-iosched.h"
132 #include "blk-wbt.h"
133
134 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
135 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
136 {                                                                       \
137         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
138 }                                                                       \
139 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
140 {                                                                       \
141         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
142 }                                                                       \
143 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
144 {                                                                       \
145         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
146 }
147
148 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
149 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
150 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
151 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
152 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
153 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
154 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
155 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
156 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
157 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
158 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
159 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
160 BFQ_BFQQ_FNS(has_waker);
161 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
162
163 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
164 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
165
166 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
167 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
168
169 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
170 static const int bfq_back_penalty = 2;
171
172 /* Idling period duration, in ns. */
173 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
174
175 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
176 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
177
178 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
179 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
180
181 /*
182  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
183  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
184  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
185  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
186  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
187  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
188  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
189  * writes to steal I/O throughput to reads.
190  *
191  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
192  * several hardware and software configurations. We tried to find the
193  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
194  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
195  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
196  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
197  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
198  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
199  */
200 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
201
202 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
203 const int bfq_timeout = HZ / 8;
204
205 /*
206  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
207  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
208  * removing false positives, while not causing true positives to miss
209  * queue merging.
210  *
211  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
212  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
213  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
214  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
215  * little chance to find cooperators.
216  */
217 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
218
219 static struct kmem_cache *bfq_pool;
220
221 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
222 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
223
224 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
225 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
226 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
227
228 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
229 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
230 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
231         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
232          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
233          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
234           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
235 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
236 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
237 /*
238  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
239  * because it is characterized by limited throughput and apparently
240  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
241  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
242  * as soft real-time.
243  */
244 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
245
246 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
247 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
248 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
249 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
250 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
252
253 /*
254  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
255  * With
256  * - the current shift: 16 positions
257  * - the current type used to store rate: u32
258  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
259  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
260  * the range of rates that can be stored is
261  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
262  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
263  * [15, 65G] sectors/sec
264  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
265  * [7.5K, 33T] B/sec
266  */
267 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
268
269 /*
270  * When configured for computing the duration of the weight-raising
271  * for interactive queues automatically (see the comments at the
272  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
273  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
274  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
275  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
276  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
277  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
278  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
279  * applications on the reference device (see the comments on
280  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
281  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
282  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
283  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
284  * weight raising to interactive applications.
285  *
286  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
287  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
288  *
289  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
290  * are the reference values for a rotational device, whereas
291  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
292  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
293  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
294  * values. The reason for using slightly lower values is that the
295  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
296  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
297  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
298  * I/O).
299  *
300  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
301  * by BFQ_RATE_SHIFT.
302  */
303 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
304 /*
305  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
306  * the following array, which entails that the array can be
307  * initialized only in a function.
308  */
309 static int ref_wr_duration[2];
310
311 /*
312  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
313  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
314  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
315  * doing I/O for much longer than the duration of weight
316  * raising. These applications have basically no benefit from being
317  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
318  * while being weight-raised, these applications
319  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
320  * low latency;
321  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
322  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
323  * increase latencies when used purposelessly.
324  *
325  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
326  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
327  * finish explaining how the duration of weight-raising for
328  * interactive tasks is computed.
329  *
330  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
331  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
332  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
333  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
334  * largest task, we mean the task for which each involved process has
335  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
336  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
337  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
338  * sectors transferred.
339  *
340  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
341  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
342  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
343  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
344  * processes of these applications usually consume the above 110K
345  * sectors in much less time than the processes of an application that
346  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
347  * almost all their CPU cycles only to their target,
348  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
349  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
350  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
351  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
352  * have no right to be weight-raised any longer.
353  *
354  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
355  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
356  * service at least equal to the following constant. The constant is
357  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
358  *
359  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
360  * during which interactive false positives cause the two problems
361  * described at the beginning of these comments.
362  */
363 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
364
365 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
366 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
367
368 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
369 {
370         return bic->bfqq[is_sync];
371 }
372
373 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
374 {
375         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
376 }
377
378 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
379 {
380         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
381 }
382
383 /**
384  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
385  * @icq: the iocontext queue.
386  */
387 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
388 {
389         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
390         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
391 }
392
393 /**
394  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
395  * @bfqd: the lookup key.
396  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
397  * @q: the request queue.
398  */
399 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
400                                         struct io_context *ioc,
401                                         struct request_queue *q)
402 {
403         if (ioc) {
404                 unsigned long flags;
405                 struct bfq_io_cq *icq;
406
407                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
408                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
409                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
410
411                 return icq;
412         }
413
414         return NULL;
415 }
416
417 /*
418  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
419  * driver that will restart queueing.
420  */
421 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
422 {
423         if (bfqd->queued != 0) {
424                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
425                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
426         }
427 }
428
429 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
430
431 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
432
433 /*
434  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
435  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
436  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
437  */
438 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
439                                       struct request *rq1,
440                                       struct request *rq2,
441                                       sector_t last)
442 {
443         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
444         unsigned long back_max;
445 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
446 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
447         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
448
449         if (!rq1 || rq1 == rq2)
450                 return rq2;
451         if (!rq2)
452                 return rq1;
453
454         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
455                 return rq1;
456         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
457                 return rq2;
458         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
459                 return rq1;
460         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
461                 return rq2;
462
463         s1 = blk_rq_pos(rq1);
464         s2 = blk_rq_pos(rq2);
465
466         /*
467          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
468          */
469         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
470
471         /*
472          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
473          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
474          * similar forward seek.
475          */
476         if (s1 >= last)
477                 d1 = s1 - last;
478         else if (s1 + back_max >= last)
479                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
480         else
481                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
482
483         if (s2 >= last)
484                 d2 = s2 - last;
485         else if (s2 + back_max >= last)
486                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
487         else
488                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
489
490         /* Found required data */
491
492         /*
493          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
494          * check two variables for all permutations: --> faster!
495          */
496         switch (wrap) {
497         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
498                 if (d1 < d2)
499                         return rq1;
500                 else if (d2 < d1)
501                         return rq2;
502
503                 if (s1 >= s2)
504                         return rq1;
505                 else
506                         return rq2;
507
508         case BFQ_RQ2_WRAP:
509                 return rq1;
510         case BFQ_RQ1_WRAP:
511                 return rq2;
512         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
513         default:
514                 /*
515                  * Since both rqs are wrapped,
516                  * start with the one that's further behind head
517                  * (--> only *one* back seek required),
518                  * since back seek takes more time than forward.
519                  */
520                 if (s1 <= s2)
521                         return rq1;
522                 else
523                         return rq2;
524         }
525 }
526
527 /*
528  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
529  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
530  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
531  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
532  * problems.
533  */
534 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
535 {
536         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
537
538         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
539                 return;
540
541         data->shallow_depth =
542                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
543
544         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
545                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
546                         data->shallow_depth);
547 }
548
549 static struct bfq_queue *
550 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
551                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
552                      struct rb_node ***rb_link)
553 {
554         struct rb_node **p, *parent;
555         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
556
557         parent = NULL;
558         p = &root->rb_node;
559         while (*p) {
560                 struct rb_node **n;
561
562                 parent = *p;
563                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
564
565                 /*
566                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
567                  * largest to the right.
568                  */
569                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
570                         n = &(*p)->rb_right;
571                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
572                         n = &(*p)->rb_left;
573                 else
574                         break;
575                 p = n;
576                 bfqq = NULL;
577         }
578
579         *ret_parent = parent;
580         if (rb_link)
581                 *rb_link = p;
582
583         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
584                 (unsigned long long)sector,
585                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
586
587         return bfqq;
588 }
589
590 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
591 {
592         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
593                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
594                                        bfq_merge_time_limit);
595 }
596
597 /*
598  * The following function is not marked as __cold because it is
599  * actually cold, but for the same performance goal described in the
600  * comments on the likely() at the beginning of
601  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
602  * execution time for the case where this function is not invoked, we
603  * had to add an unlikely() in each involved if().
604  */
605 void __cold
606 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
607 {
608         struct rb_node **p, *parent;
609         struct bfq_queue *__bfqq;
610
611         if (bfqq->pos_root) {
612                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
613                 bfqq->pos_root = NULL;
614         }
615
616         /*
617          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
618          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
619          * position tree.
620          */
621         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
622                 return;
623
624         if (bfq_class_idle(bfqq))
625                 return;
626         if (!bfqq->next_rq)
627                 return;
628
629         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
630         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
631                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
632         if (!__bfqq) {
633                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
634                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
635         } else
636                 bfqq->pos_root = NULL;
637 }
638
639 /*
640  * The following function returns false either if every active queue
641  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
642  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
643  * throughput lower than or equal to the share that every other active
644  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
645  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
646  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
647  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
648  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
649  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
650  * be avoided.
651  *
652  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
653  * 1) all active queues have the same weight,
654  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
655  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
656  *    weight,
657  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
658  *    number of children.
659  *
660  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
661  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
662  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
663  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
664  * much easier to maintain the needed state:
665  * 1) all active queues have the same weight,
666  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
667  * 3) there are no active groups.
668  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
669  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
670  * needs to be maintained in this case.
671  */
672 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
673                                    struct bfq_queue *bfqq)
674 {
675         bool smallest_weight = bfqq &&
676                 bfqq->weight_counter &&
677                 bfqq->weight_counter ==
678                 container_of(
679                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
680                         struct bfq_weight_counter,
681                         weights_node);
682
683         /*
684          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
685          * at least two nodes.
686          */
687         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
688                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
689                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
690                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
691
692         bool multiple_classes_busy =
693                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
694                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
695                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
696
697         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
698 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
699                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
700 #endif
701                 ;
702 }
703
704 /*
705  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
706  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
707  * increment the existing counter.
708  *
709  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
710  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
711  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
712  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
713  * are not inserted in the tree.
714  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
715  * should be low too.
716  */
717 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
718                           struct rb_root_cached *root)
719 {
720         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
721         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
722         bool leftmost = true;
723
724         /*
725          * Do not insert if the queue is already associated with a
726          * counter, which happens if:
727          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
728          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
729          *      backlogged; in this respect, each of the two events
730          *      causes an invocation of this function,
731          *   2) this is the invocation of this function caused by the
732          *      second event. This second invocation is actually useless,
733          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
734          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
735          */
736         if (bfqq->weight_counter)
737                 return;
738
739         while (*new) {
740                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
741                                                 struct bfq_weight_counter,
742                                                 weights_node);
743                 parent = *new;
744
745                 if (entity->weight == __counter->weight) {
746                         bfqq->weight_counter = __counter;
747                         goto inc_counter;
748                 }
749                 if (entity->weight < __counter->weight)
750                         new = &((*new)->rb_left);
751                 else {
752                         new = &((*new)->rb_right);
753                         leftmost = false;
754                 }
755         }
756
757         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
758                                        GFP_ATOMIC);
759
760         /*
761          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
762          * exit. This will cause the weight of queue to not be
763          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
764          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
765          * bfqq's weight would have been the only weight making the
766          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
767          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
768          * invocation of this function is triggered by an activation
769          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
770          * if !bfqq->weight_counter.
771          */
772         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
773                 return;
774
775         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
776         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
777         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
778                                 leftmost);
779
780 inc_counter:
781         bfqq->weight_counter->num_active++;
782         bfqq->ref++;
783 }
784
785 /*
786  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
787  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
788  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
789  * about overhead.
790  */
791 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
792                                struct bfq_queue *bfqq,
793                                struct rb_root_cached *root)
794 {
795         if (!bfqq->weight_counter)
796                 return;
797
798         bfqq->weight_counter->num_active--;
799         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
800                 goto reset_entity_pointer;
801
802         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
803         kfree(bfqq->weight_counter);
804
805 reset_entity_pointer:
806         bfqq->weight_counter = NULL;
807         bfq_put_queue(bfqq);
808 }
809
810 /*
811  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
812  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
813  */
814 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
815                              struct bfq_queue *bfqq)
816 {
817         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
818
819         for_each_entity(entity) {
820                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
821
822                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
823                         /*
824                          * entity is still active, because either
825                          * next_in_service or in_service_entity is not
826                          * NULL (see the comments on the definition of
827                          * next_in_service for details on why
828                          * in_service_entity must be checked too).
829                          *
830                          * As a consequence, its parent entities are
831                          * active as well, and thus this loop must
832                          * stop here.
833                          */
834                         break;
835                 }
836
837                 /*
838                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
839                  * not performed immediately upon the deactivation of
840                  * entity, but it is delayed to when it also happens
841                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
842                  * all its pending requests completed. The following
843                  * instructions perform this delayed decrement, if
844                  * needed. See the comments on
845                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
846                  */
847                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
848                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
849                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
850                 }
851         }
852
853         /*
854          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
855          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
856          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
857          * function invocation.
858          */
859         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
860                                   &bfqd->queue_weights_tree);
861 }
862
863 /*
864  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
865  */
866 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
867                                       struct request *last)
868 {
869         struct request *rq;
870
871         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
872                 return NULL;
873
874         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
875
876         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
877
878         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
879                 return NULL;
880
881         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
882         return rq;
883 }
884
885 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
886                                         struct bfq_queue *bfqq,
887                                         struct request *last)
888 {
889         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
890         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
891         struct request *next, *prev = NULL;
892
893         /* Follow expired path, else get first next available. */
894         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
895         if (next)
896                 return next;
897
898         if (rbprev)
899                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
900
901         if (rbnext)
902                 next = rb_entry_rq(rbnext);
903         else {
904                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
905                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
906                         next = rb_entry_rq(rbnext);
907         }
908
909         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
910 }
911
912 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
913 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
914                                         struct bfq_queue *bfqq)
915 {
916         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
917             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
918                 return blk_rq_sectors(rq);
919
920         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
921 }
922
923 /**
924  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
925  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
926  * @bfqq: the queue to update.
927  *
928  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
929  * has enough budget to serve at least its first request (if the
930  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
931  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
932  * rounds to actually get it dispatched.
933  */
934 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
935                                  struct bfq_queue *bfqq)
936 {
937         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
938         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
939         unsigned long new_budget;
940
941         if (!next_rq)
942                 return;
943
944         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
945                 /*
946                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
947                  * changed after an entity has been selected.
948                  */
949                 return;
950
951         new_budget = max_t(unsigned long,
952                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
953                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
954                            entity->service);
955         if (entity->budget != new_budget) {
956                 entity->budget = new_budget;
957                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
958                                          new_budget);
959                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
960         }
961 }
962
963 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
964 {
965         u64 dur;
966
967         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
968                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
969
970         dur = bfqd->rate_dur_prod;
971         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
972
973         /*
974          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
975          * has been conservatively set after the following worst case:
976          * on a QEMU/KVM virtual machine
977          * - running in a slow PC
978          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
979          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
980          *   of several files
981          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
982          *
983          * As for higher values than that accommodating the above bad
984          * scenario, tests show that higher values would often yield
985          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
986          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
987          * preserve weight raising for too long.
988          *
989          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
990          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
991          * before weight-raising finishes.
992          */
993         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
994 }
995
996 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
997 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
998                                           struct bfq_data *bfqd)
999 {
1000         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1001         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1002         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1003 }
1004
1005 static void
1006 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1007                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1008 {
1009         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1010         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1011
1012         if (bic->saved_has_short_ttime)
1013                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1014         else
1015                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1016
1017         if (bic->saved_IO_bound)
1018                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1019         else
1020                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1021
1022         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1023         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1024         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1025         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1026         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1027         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1028
1029         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1030             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1031                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1032                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1033                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1034                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1035                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1036                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1037                 } else {
1038                         bfqq->wr_coeff = 1;
1039                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1040                                      "resume state: switching off wr");
1041                 }
1042         }
1043
1044         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1045         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1046
1047         if (likely(!busy))
1048                 return;
1049
1050         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1051                 bfqd->wr_busy_queues++;
1052         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1053                 bfqd->wr_busy_queues--;
1054 }
1055
1056 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1057 {
1058         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st -
1059                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1060 }
1061
1062 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1063 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1064 {
1065         struct bfq_queue *item;
1066         struct hlist_node *n;
1067
1068         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1069                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1070
1071         /*
1072          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1073          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1074          * bfq_handle_burst().
1075          */
1076         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1077                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1078                 bfqd->burst_size = 1;
1079         } else
1080                 bfqd->burst_size = 0;
1081
1082         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1083 }
1084
1085 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1086 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1087 {
1088         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1089         bfqd->burst_size++;
1090
1091         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1092                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1093                 struct hlist_node *n;
1094
1095                 /*
1096                  * Enough queues have been activated shortly after each
1097                  * other to consider this burst as large.
1098                  */
1099                 bfqd->large_burst = true;
1100
1101                 /*
1102                  * We can now mark all queues in the burst list as
1103                  * belonging to a large burst.
1104                  */
1105                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1106                                      burst_list_node)
1107                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1108                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1109
1110                 /*
1111                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1112                  * new queue being activated shortly after the last queue
1113                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1114                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1115                  * needed any more. Remove it.
1116                  */
1117                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1118                                           burst_list_node)
1119                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1120         } else /*
1121                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1122                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1123                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1124                 * in put_queue.
1125                 */
1126                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1127 }
1128
1129 /*
1130  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1131  * shortly after each other, then the processes associated with these
1132  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1133  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1134  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1135  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1136  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1137  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1138  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1139  *
1140  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1141  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1142  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1143  * treated in a different way.
1144  *
1145  * The above services or applications benefit mostly from a high
1146  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1147  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1148  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1149  * which also implies idling the device for it, is almost always
1150  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1151  * these new queues from. If there no other active queues, then
1152  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1153  * cases.
1154  *
1155  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1156  * the start of an application that does not consist of a lot of
1157  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1158  * several short processes may need to be executed to start-up the
1159  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1160  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1161  * related to the application with respect to all other
1162  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1163  * an application that causes a burst of queue creations is to
1164  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1165  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1166  *
1167  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1168  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1169  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1170  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1171  * larger size than that threshold are apparently caused by
1172  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1173  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1174  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1175  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1176  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1177  * exact choice depends on the device and request pattern at
1178  * hand.
1179  *
1180  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1181  * is starting (e.g., an application is being started). The
1182  * consequence is that the queues associated with the task do not
1183  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1184  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1185  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1186  *
1187  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1188  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1189  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1190  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1191  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1192  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1193  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1194  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1195  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1196  * large. The main steps are the following.
1197  *
1198  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1199  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1200  *
1201  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1202  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1203  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1204  *   Q to the burst list
1205  *
1206  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1207  *   the large-burst threshold, then
1208  *
1209  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1210  *       large burst
1211  *
1212  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1213  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1214  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1215  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1216  *
1217  *     . the device enters a large-burst mode
1218  *
1219  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1220  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1221  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1222  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1223  *   as belonging to a large burst.
1224  *
1225  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1226  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1227  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1228  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1229  *
1230  *        . the large-burst mode is reset if set
1231  *
1232  *        . the burst list is emptied
1233  *
1234  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1235  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1236  *          after this step).
1237  */
1238 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1239 {
1240         /*
1241          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1242          * burst, or finally has just been split, then there is
1243          * nothing else to do.
1244          */
1245         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1246             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1247             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1248                                      msecs_to_jiffies(10)))
1249                 return;
1250
1251         /*
1252          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1253          * a different group than the burst group, then the current
1254          * burst is finished, and related data structures must be
1255          * reset.
1256          *
1257          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1258          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1259          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1260          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1261          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1262          * following condition is true, bfqq will end up being
1263          * inserted into the burst list. In particular the list will
1264          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1265          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1266          * burst.
1267          */
1268         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1269             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1270             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1271                 bfqd->large_burst = false;
1272                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1273                 goto end;
1274         }
1275
1276         /*
1277          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1278          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1279          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1280          */
1281         if (bfqd->large_burst) {
1282                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1283                 goto end;
1284         }
1285
1286         /*
1287          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1288          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1289          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1290          */
1291         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1292 end:
1293         /*
1294          * At this point, bfqq either has been added to the current
1295          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1296          * possible new burst to start. In particular, in the second
1297          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1298          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1299          * forward.
1300          */
1301         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1302 }
1303
1304 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1305 {
1306         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1307
1308         return entity->budget - entity->service;
1309 }
1310
1311 /*
1312  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1313  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1314  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1315  */
1316 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1317 {
1318         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1319                 return bfq_default_max_budget;
1320         else
1321                 return bfqd->bfq_max_budget;
1322 }
1323
1324 /*
1325  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1326  * max budget (trying with 1/32)
1327  */
1328 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1329 {
1330         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1331                 return bfq_default_max_budget / 32;
1332         else
1333                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1334 }
1335
1336 /*
1337  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1338  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1339  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1340  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1341  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1342  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1343  * goals below.
1344  *
1345  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1346  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1347  * expired for one of the following two reasons:
1348  *
1349  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1350  *   and did not make it to issue a new request before its last
1351  *   request was served;
1352  *
1353  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1354  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1355  *
1356  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1357  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1358  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1359  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1360  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1361  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1362  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1363  * one full budget of another queue before being served again, then
1364  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1365  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1366  * to be taken.
1367  *
1368  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1369  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1370  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1371  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1372  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1373  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1374  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1375  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1376  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1377  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1378  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1379  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1380  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1381  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1382  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1383  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1384  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1385  * on this tricky aspect).
1386  *
1387  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1388  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1389  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1390  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1391  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1392  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1393  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1394  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1395  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1396  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1397  * causing a little loss of bandwidth.
1398  *
1399  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1400  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1401  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1402  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1403  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1404  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1405  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1406  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1407  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1408  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1409  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1410  * __bfq_activate_entity.
1411  *
1412  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1413  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1414  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1415  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1416  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1417  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1418  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1419  * outstanding requests mentioned above.
1420  *
1421  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1422  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1423  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1424  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1425  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1426  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1427  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1428  * know whether preemption is needed without needing to update service
1429  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1430  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1431  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1432  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1433  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1434  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1435  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1436  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1437  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1438  * responsibility of handling the above case 2.
1439  */
1440 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1441                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1442                                                 bool arrived_in_time)
1443 {
1444         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1445
1446         /*
1447          * In the next compound condition, we check also whether there
1448          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1449          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1450          * would be expired immediately after being selected for
1451          * service. This would only cause useless overhead.
1452          */
1453         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1454             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1455                 /*
1456                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1457                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1458                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1459                  * cleared right after).
1460                  */
1461
1462                 /*
1463                  * In next assignment we rely on that either
1464                  * entity->service or entity->budget are not updated
1465                  * on expiration if bfqq is empty (see
1466                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1467                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1468                  * following statement therefore assigns to
1469                  * entity->budget the remaining budget on such an
1470                  * expiration.
1471                  */
1472                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1473                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1474                                        bfqq->max_budget);
1475
1476                 /*
1477                  * At this point, we have used entity->service to get
1478                  * the budget left (needed for updating
1479                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1480                  * reset entity->service. The latter must be reset
1481                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1482                  * the service it has received during its previous
1483                  * service slot(s).
1484                  */
1485                 entity->service = 0;
1486
1487                 return true;
1488         }
1489
1490         /*
1491          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1492          */
1493         entity->service = 0;
1494         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1495                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1496         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1497         return false;
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1502  * macros.
1503  */
1504 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1505 {
1506         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1507 }
1508
1509 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1510                                              struct bfq_queue *bfqq,
1511                                              unsigned int old_wr_coeff,
1512                                              bool wr_or_deserves_wr,
1513                                              bool interactive,
1514                                              bool in_burst,
1515                                              bool soft_rt)
1516 {
1517         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1518                 /* start a weight-raising period */
1519                 if (interactive) {
1520                         bfqq->service_from_wr = 0;
1521                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1522                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1523                 } else {
1524                         /*
1525                          * No interactive weight raising in progress
1526                          * here: assign minus infinity to
1527                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1528                          * that, at the end of the soft-real-time
1529                          * weight raising periods that is starting
1530                          * now, no interactive weight-raising period
1531                          * may be wrongly considered as still in
1532                          * progress (and thus actually started by
1533                          * mistake).
1534                          */
1535                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1536                                 bfq_smallest_from_now();
1537                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1538                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1539                         bfqq->wr_cur_max_time =
1540                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1541                 }
1542
1543                 /*
1544                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1545                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1546                  * scheduling-error component due to a too large
1547                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1548                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1549                  * too small budget either, to avoid increasing
1550                  * latency by causing too frequent expirations.
1551                  */
1552                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1553                                             bfqq->entity.budget,
1554                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1555         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1556                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1557                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1558                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1559                 } else if (in_burst)
1560                         bfqq->wr_coeff = 1;
1561                 else if (soft_rt) {
1562                         /*
1563                          * The application is now or still meeting the
1564                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1565                          * can then correctly and safely (re)charge
1566                          * the weight-raising duration for the
1567                          * application with the weight-raising
1568                          * duration for soft rt applications.
1569                          *
1570                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1571                          * before the weight-raising period for the
1572                          * application finishes, reduces the probability
1573                          * of the following negative scenario:
1574                          * 1) the weight of a soft rt application is
1575                          *    raised at startup (as for any newly
1576                          *    created application),
1577                          * 2) since the application is not interactive,
1578                          *    at a certain time weight-raising is
1579                          *    stopped for the application,
1580                          * 3) at that time the application happens to
1581                          *    still have pending requests, and hence
1582                          *    is destined to not have a chance to be
1583                          *    deemed soft rt before these requests are
1584                          *    completed (see the comments to the
1585                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1586                          *    for details on soft rt detection),
1587                          * 4) these pending requests experience a high
1588                          *    latency because the application is not
1589                          *    weight-raised while they are pending.
1590                          */
1591                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1592                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1593                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1594                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1595
1596                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1597                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1598                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1599                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1600                         }
1601                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1602                 }
1603         }
1604 }
1605
1606 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1607                                         struct bfq_queue *bfqq)
1608 {
1609         return bfqq->dispatched == 0 &&
1610                 time_is_before_jiffies(
1611                         bfqq->budget_timeout +
1612                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1613 }
1614
1615
1616 /*
1617  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1618  * weight than the in-service queue.
1619  */
1620 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1621                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1622 {
1623         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1624
1625         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1626                 return true;
1627
1628         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1629                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1630                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1631         } else {
1632                 if (bfqq->entity.parent)
1633                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1634                 else
1635                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1636                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1637                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1638                 else
1639                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1640         }
1641
1642         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1643 }
1644
1645 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1646                                              struct bfq_queue *bfqq,
1647                                              int old_wr_coeff,
1648                                              struct request *rq,
1649                                              bool *interactive)
1650 {
1651         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1652                 bfqq_wants_to_preempt,
1653                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1654                 /*
1655                  * See the comments on
1656                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1657                  * details on the usage of the next variable.
1658                  */
1659                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1660                         bfqq->ttime.last_end_request +
1661                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1662
1663
1664         /*
1665          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1666          * - it is sync,
1667          * - it does not belong to a large burst,
1668          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1669          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1670          */
1671         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1672         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1673                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1674                 !in_burst &&
1675                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1676                 bfqq->dispatched == 0;
1677         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1678         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1679                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1680                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1681                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1682
1683         /*
1684          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1685          * may want to preempt the in-service queue.
1686          */
1687         bfqq_wants_to_preempt =
1688                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1689                                                     arrived_in_time);
1690
1691         /*
1692          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1693          * idle for much more than an interactive queue, then we
1694          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1695          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1696          * to be treated as a queue belonging to a burst
1697          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1698          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1699          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1700          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1701          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1702          * a burst.
1703          */
1704         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1705             idle_for_long_time &&
1706             time_is_before_jiffies(
1707                     bfqq->budget_timeout +
1708                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1709                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1710                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1711         }
1712
1713         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1714
1715
1716         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1717                 if (arrived_in_time) {
1718                         bfqq->requests_within_timer++;
1719                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1720                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1721                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1722                 } else
1723                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1724         }
1725
1726         if (bfqd->low_latency) {
1727                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1728                         /* wraparound */
1729                         bfqq->split_time =
1730                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1731
1732                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1733                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1734                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1735                                                          old_wr_coeff,
1736                                                          wr_or_deserves_wr,
1737                                                          *interactive,
1738                                                          in_burst,
1739                                                          soft_rt);
1740
1741                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1742                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1743                 }
1744         }
1745
1746         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1747         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1748         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1749
1750         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1751
1752         /*
1753          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1754          * for guarantees. In particular, we care only about two
1755          * cases. The first is that bfqq has to recover a service
1756          * hole, as explained in the comments on
1757          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1758          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1759          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1760          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1761          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1762          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1763          * critical, as the in-service queue.
1764          *
1765          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1766          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1767          * condition does not hold, we don't care because, even if
1768          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1769          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1770          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1771          *
1772          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1773          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1774          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1775          * useless preemptions, the return value of
1776          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1777          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1778          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1779          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1780          * timestamps of the in-service queue would need to be
1781          * updated, and this operation is quite costly (see the
1782          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1783          */
1784         if (bfqd->in_service_queue &&
1785             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1786               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1787              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue)) &&
1788             next_queue_may_preempt(bfqd))
1789                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1790                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1791 }
1792
1793 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1794                                    struct bfq_queue *bfqq)
1795 {
1796         /* invalidate baseline total service time */
1797         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1798
1799         /*
1800          * Reset pointer in case we are waiting for
1801          * some request completion.
1802          */
1803         bfqd->waited_rq = NULL;
1804
1805         /*
1806          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1807          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1808          * an injected I/O request may be higher than the think time
1809          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1810          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1811          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1812          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1813          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1814          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1815          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1816          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1817          * expired. This is the very pattern that gives the
1818          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1819          * injection on request service times, and then to update the
1820          * limit accordingly.
1821          *
1822          * However, in the following special case, the inject limit is
1823          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1824          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1825          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1826          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1827          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1828          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1829          * throughput, as explained in detail in the comments in
1830          * bfq_update_has_short_ttime().
1831          *
1832          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1833          * start directly by 1, because:
1834          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1835          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1836          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1837          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1838          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1839          * expire before getting its next request. With this request
1840          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1841          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1842          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1843          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1844          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1845          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1846          * further reduces chances to actually compute the baseline
1847          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1848          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1849          * than 1.
1850          */
1851         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1852                 bfqq->inject_limit = 0;
1853         else
1854                 bfqq->inject_limit = 1;
1855
1856         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1857 }
1858
1859 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1860 {
1861         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1862         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1863         struct request *next_rq, *prev;
1864         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1865         bool interactive = false;
1866
1867         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1868         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1869         bfqd->queued++;
1870
1871         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
1872                 /*
1873                  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with
1874                  * that of some other queue, i.e., whether bfqq, after
1875                  * remaining empty, happens to receive new I/O only
1876                  * right after some I/O request of the other queue has
1877                  * been completed. We call waker queue the other
1878                  * queue, and we assume, for simplicity, that bfqq may
1879                  * have at most one waker queue.
1880                  *
1881                  * A remarkable throughput boost can be reached by
1882                  * unconditionally injecting the I/O of the waker
1883                  * queue, every time a new bfq_dispatch_request
1884                  * happens to be invoked while I/O is being plugged
1885                  * for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1886                  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth
1887                  * and latency for bfqq. Note that these same results
1888                  * may be achieved with the general injection
1889                  * mechanism, but less effectively. For details on
1890                  * this aspect, see the comments on the choice of the
1891                  * queue for injection in bfq_select_queue().
1892                  *
1893                  * Turning back to the detection of a waker queue, a
1894                  * queue Q is deemed as a waker queue for bfqq if, for
1895                  * two consecutive times, bfqq happens to become non
1896                  * empty right after a request of Q has been
1897                  * completed. In particular, on the first time, Q is
1898                  * tentatively set as a candidate waker queue, while
1899                  * on the second time, the flag
1900                  * bfq_bfqq_has_waker(bfqq) is set to confirm that Q
1901                  * is a waker queue for bfqq. These detection steps
1902                  * are performed only if bfqq has a long think time,
1903                  * so as to make it more likely that bfqq's I/O is
1904                  * actually being blocked by a synchronization. This
1905                  * last filter, plus the above two-times requirement,
1906                  * make false positives less likely.
1907                  *
1908                  * NOTE
1909                  *
1910                  * The sooner a waker queue is detected, the sooner
1911                  * throughput can be boosted by injecting I/O from the
1912                  * waker queue. Fortunately, detection is likely to be
1913                  * actually fast, for the following reasons. While
1914                  * blocked by synchronization, bfqq has a long think
1915                  * time. This implies that bfqq's inject limit is at
1916                  * least equal to 1 (see the comments in
1917                  * bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
1918                  * injection, the waker queue is likely to be served
1919                  * during the very first I/O-plugging time interval
1920                  * for bfqq. This triggers the first step of the
1921                  * detection mechanism. Thanks again to injection, the
1922                  * candidate waker queue is then likely to be
1923                  * confirmed no later than during the next
1924                  * I/O-plugging interval for bfqq.
1925                  */
1926                 if (bfqd->last_completed_rq_bfqq &&
1927                     !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
1928                     ktime_get_ns() - bfqd->last_completion <
1929                     200 * NSEC_PER_USEC) {
1930                         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq != bfqq &&
1931                             bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
1932                             bfqq->waker_bfqq) {
1933                                 /*
1934                                  * First synchronization detected with
1935                                  * a candidate waker queue, or with a
1936                                  * different candidate waker queue
1937                                  * from the current one.
1938                                  */
1939                                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
1940
1941                                 /*
1942                                  * If the waker queue disappears, then
1943                                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
1944                                  * this goal, we maintain in each
1945                                  * waker queue a list, woken_list, of
1946                                  * all the queues that reference the
1947                                  * waker queue through their
1948                                  * waker_bfqq pointer. When the waker
1949                                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
1950                                  * of all the queues in the woken_list
1951                                  * is reset.
1952                                  *
1953                                  * In addition, if bfqq is already in
1954                                  * the woken_list of a waker queue,
1955                                  * then, before being inserted into
1956                                  * the woken_list of a new waker
1957                                  * queue, bfqq must be removed from
1958                                  * the woken_list of the old waker
1959                                  * queue.
1960                                  */
1961                                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
1962                                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
1963                                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
1964                                     &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
1965
1966                                 bfq_clear_bfqq_has_waker(bfqq);
1967                         } else if (bfqd->last_completed_rq_bfqq ==
1968                                    bfqq->waker_bfqq &&
1969                                    !bfq_bfqq_has_waker(bfqq)) {
1970                                 /*
1971                                  * synchronization with waker_bfqq
1972                                  * seen for the second time
1973                                  */
1974                                 bfq_mark_bfqq_has_waker(bfqq);
1975                         }
1976                 }
1977
1978                 /*
1979                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
1980                  * the latter eventually drops in case workload
1981                  * changes, see step (3) in the comments on
1982                  * bfq_update_inject_limit().
1983                  */
1984                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
1985                                              msecs_to_jiffies(1000)))
1986                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
1987
1988                 /*
1989                  * The following conditions must hold to setup a new
1990                  * sampling of total service time, and then a new
1991                  * update of the inject limit:
1992                  * - bfqq is in service, because the total service
1993                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
1994                  *   the queues in service;
1995                  * - this is the right occasion to compute or to
1996                  *   lower the baseline total service time, because
1997                  *   there are actually no requests in the drive,
1998                  *   or
1999                  *   the baseline total service time is available, and
2000                  *   this is the right occasion to compute the other
2001                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2002                  *   the total service time caused by the amount of
2003                  *   injection allowed by the current value of the
2004                  *   limit. It is the right occasion because injection
2005                  *   has actually been performed during the service
2006                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2007                  *   which are very likely to be exactly the injected
2008                  *   requests, or part of them;
2009                  * - the minimum interval for sampling the total
2010                  *   service time and updating the inject limit has
2011                  *   elapsed.
2012                  */
2013                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2014                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2015                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2016                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2017                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2018                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2019                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2020                         /*
2021                          * Start the state machine for measuring the
2022                          * total service time of rq: setting
2023                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2024                          * be set when rq will be dispatched.
2025                          */
2026                         bfqd->wait_dispatch = true;
2027                         /*
2028                          * If there is no I/O in service in the drive,
2029                          * then possible injection occurred before the
2030                          * arrival of rq will not affect the total
2031                          * service time of rq. So the injection limit
2032                          * must not be updated as a function of such
2033                          * total service time, unless new injection
2034                          * occurs before rq is completed. To have the
2035                          * injection limit updated only in the latter
2036                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2037                          * will be set in case injection is performed
2038                          * on bfqq before rq is completed).
2039                          */
2040                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2041                                 bfqd->rqs_injected = false;
2042                 }
2043         }
2044
2045         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2046
2047         /*
2048          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2049          */
2050         prev = bfqq->next_rq;
2051         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2052         bfqq->next_rq = next_rq;
2053
2054         /*
2055          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2056          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2057          */
2058         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2059                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2060
2061         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2062                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2063                                                  rq, &interactive);
2064         else {
2065                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2066                     time_is_before_jiffies(
2067                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2068                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2069                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2070                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2071
2072                         bfqd->wr_busy_queues++;
2073                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2074                 }
2075                 if (prev != bfqq->next_rq)
2076                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2077         }
2078
2079         /*
2080          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2081          * cases:
2082          *
2083          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2084          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2085          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2086          *   of information is used only for deciding whether to
2087          *   weight-raise async queues
2088          *
2089          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2090          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2091          *   stores the time when weight-raising starts
2092          *
2093          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2094          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2095          *   period must start or restart (this case is considered
2096          *   separately because it is not detected by the above
2097          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2098          *
2099          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2100          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2101          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2102          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2103          * needed.
2104          */
2105         if (bfqd->low_latency &&
2106                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2107                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2108 }
2109
2110 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2111                                           struct bio *bio,
2112                                           struct request_queue *q)
2113 {
2114         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2115
2116
2117         if (bfqq)
2118                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2119
2120         return NULL;
2121 }
2122
2123 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2124 {
2125         if (last_pos)
2126                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2127
2128         return 0;
2129 }
2130
2131 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2132 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2133 {
2134         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2135
2136         bfqd->rq_in_driver++;
2137 }
2138
2139 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2140 {
2141         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2142
2143         bfqd->rq_in_driver--;
2144 }
2145 #endif
2146
2147 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2148                                struct request *rq)
2149 {
2150         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2151         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2152         const int sync = rq_is_sync(rq);
2153
2154         if (bfqq->next_rq == rq) {
2155                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2156                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2157         }
2158
2159         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2160                 list_del_init(&rq->queuelist);
2161         bfqq->queued[sync]--;
2162         bfqd->queued--;
2163         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2164
2165         elv_rqhash_del(q, rq);
2166         if (q->last_merge == rq)
2167                 q->last_merge = NULL;
2168
2169         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2170                 bfqq->next_rq = NULL;
2171
2172                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2173                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2174                         /*
2175                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2176                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2177                          * bfqq->entity.budget must contain,
2178                          * respectively, the service received and the
2179                          * budget used last time bfqq emptied. These
2180                          * facts do not hold in this case, as at least
2181                          * this last removal occurred while bfqq is
2182                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2183                          * reset both bfqq->entity.service and
2184                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2185                          * process that may issue I/O requests to it.
2186                          */
2187                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2188                 }
2189
2190                 /*
2191                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2192                  */
2193                 if (bfqq->pos_root) {
2194                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2195                         bfqq->pos_root = NULL;
2196                 }
2197         } else {
2198                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2199                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2200                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2201         }
2202
2203         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2204                 bfqq->meta_pending--;
2205
2206 }
2207
2208 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio,
2209                 unsigned int nr_segs)
2210 {
2211         struct request_queue *q = hctx->queue;
2212         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2213         struct request *free = NULL;
2214         /*
2215          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2216          * store its return value for later use, to avoid nesting
2217          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2218          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2219          * bfqd->lock is taken.
2220          */
2221         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2222         bool ret;
2223
2224         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2225
2226         if (bic)
2227                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2228         else
2229                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2230         bfqd->bio_bic = bic;
2231
2232         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2233
2234         if (free)
2235                 blk_mq_free_request(free);
2236         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2237
2238         return ret;
2239 }
2240
2241 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2242                              struct bio *bio)
2243 {
2244         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2245         struct request *__rq;
2246
2247         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2248         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2249                 *req = __rq;
2250                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2251         }
2252
2253         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2254 }
2255
2256 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2257
2258 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2259                                enum elv_merge type)
2260 {
2261         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2262             rb_prev(&req->rb_node) &&
2263             blk_rq_pos(req) <
2264             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2265                                     struct request, rb_node))) {
2266                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2267                 struct bfq_data *bfqd;
2268                 struct request *prev, *next_rq;
2269
2270                 if (!bfqq)
2271                         return;
2272
2273                 bfqd = bfqq->bfqd;
2274
2275                 /* Reposition request in its sort_list */
2276                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2277                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2278
2279                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2280                 prev = bfqq->next_rq;
2281                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2282                                          bfqd->last_position);
2283                 bfqq->next_rq = next_rq;
2284                 /*
2285                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2286                  * fit the new request and the queue's position in its
2287                  * rq_pos_tree.
2288                  */
2289                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2290                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2291                         /*
2292                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2293                          * the unlikely().
2294                          */
2295                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2296                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2297                 }
2298         }
2299 }
2300
2301 /*
2302  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2303  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2304  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2305  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2306  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2307  *
2308  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2309  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2310  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2311  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2312  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2313  * only by bfq_insert_request.
2314  */
2315 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2316                                 struct request *next)
2317 {
2318         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2319                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2320
2321         if (!bfqq)
2322                 return;
2323
2324         /*
2325          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2326          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2327          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2328          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2329          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2330          * which would most certainly be too expensive with respect to
2331          * the benefits.
2332          */
2333         if (bfqq == next_bfqq &&
2334             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2335             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2336                 list_del_init(&rq->queuelist);
2337                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2338                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2339         }
2340
2341         if (bfqq->next_rq == next)
2342                 bfqq->next_rq = rq;
2343
2344         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2345 }
2346
2347 /* Must be called with bfqq != NULL */
2348 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2349 {
2350         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2351                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2352         bfqq->wr_coeff = 1;
2353         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2354         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2355         /*
2356          * Trigger a weight change on the next invocation of
2357          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2358          */
2359         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2360 }
2361
2362 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2363                              struct bfq_group *bfqg)
2364 {
2365         int i, j;
2366
2367         for (i = 0; i < 2; i++)
2368                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2369                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2370                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2371         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2372                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2373 }
2374
2375 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2376 {
2377         struct bfq_queue *bfqq;
2378
2379         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2380
2381         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2382                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2383         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2384                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2385         bfq_end_wr_async(bfqd);
2386
2387         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2388 }
2389
2390 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2391 {
2392         if (request)
2393                 return blk_rq_pos(io_struct);
2394         else
2395                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2396 }
2397
2398 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2399                                   sector_t sector)
2400 {
2401         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2402                BFQQ_CLOSE_THR;
2403 }
2404
2405 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2406                                          struct bfq_queue *bfqq,
2407                                          sector_t sector)
2408 {
2409         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2410         struct rb_node *parent, *node;
2411         struct bfq_queue *__bfqq;
2412
2413         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2414                 return NULL;
2415
2416         /*
2417          * First, if we find a request starting at the end of the last
2418          * request, choose it.
2419          */
2420         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2421         if (__bfqq)
2422                 return __bfqq;
2423
2424         /*
2425          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2426          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2427          * next_request position).
2428          */
2429         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2430         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2431                 return __bfqq;
2432
2433         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2434                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2435         else
2436                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2437         if (!node)
2438                 return NULL;
2439
2440         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2441         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2442                 return __bfqq;
2443
2444         return NULL;
2445 }
2446
2447 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2448                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2449                                                    sector_t sector)
2450 {
2451         struct bfq_queue *bfqq;
2452
2453         /*
2454          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2455          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2456          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2457          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2458          * the best possible order for throughput.
2459          */
2460         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2461         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2462                 return NULL;
2463
2464         return bfqq;
2465 }
2466
2467 static struct bfq_queue *
2468 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2469 {
2470         int process_refs, new_process_refs;
2471         struct bfq_queue *__bfqq;
2472
2473         /*
2474          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2475          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2476          * may have dropped their last reference (not just their last process
2477          * reference).
2478          */
2479         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2480                 return NULL;
2481
2482         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2483         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2484                 if (__bfqq == bfqq)
2485                         return NULL;
2486                 new_bfqq = __bfqq;
2487         }
2488
2489         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2490         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2491         /*
2492          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2493          * sense in merging the queues.
2494          */
2495         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2496                 return NULL;
2497
2498         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2499                 new_bfqq->pid);
2500
2501         /*
2502          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2503          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2504          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2505          * first time that the requests of some process are redirected to
2506          * it.
2507          *
2508          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2509          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2510          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2511          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2512          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2513          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2514          *
2515          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2516          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2517          * best option, as we feed the in-service queue with new
2518          * requests close to the last request served and, by doing so,
2519          * are likely to increase the throughput.
2520          */
2521         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2522         new_bfqq->ref += process_refs;
2523         return new_bfqq;
2524 }
2525
2526 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2527                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2528 {
2529         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2530                 return false;
2531
2532         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2533             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2534                 return false;
2535
2536         /*
2537          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2538          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2539          * sequential I/O.
2540          */
2541         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2542                 return false;
2543
2544         /*
2545          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2546          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2547          * queues.
2548          */
2549         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2550                 return false;
2551
2552         return true;
2553 }
2554
2555 /*
2556  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2557  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2558  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2559  * structure otherwise.
2560  *
2561  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2562  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2563  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2564  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2565  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2566  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2567  *
2568  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2569  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2570  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2571  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2572  * requests than the ones produced by its originally-associated
2573  * process.
2574  */
2575 static struct bfq_queue *
2576 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2577                      void *io_struct, bool request)
2578 {
2579         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2580
2581         /*
2582          * Do not perform queue merging if the device is non
2583          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2584          * device reaches a high speed through internal parallelism
2585          * and pipelining. This means that, to reach a high
2586          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2587          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2588          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2589          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2590          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2591          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2592          * the throughput reached by the device is likely to be the
2593          * same, with and without queue merging.
2594          *
2595          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2596          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2597          * artificially more uneven, because of shared queues
2598          * remaining non empty for incomparably more time than
2599          * non-merged queues. This may accentuate workload
2600          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2601          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2602          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2603          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2604          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2605          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2606          *
2607          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2608          * of the two branches is more likely than the other, but to
2609          * have the code path after the following if() executed as
2610          * fast as possible for the case of a non rotational device
2611          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2612          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2613          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2614          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2615          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2616          * all.
2617          */
2618         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2619                 return NULL;
2620
2621         /*
2622          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2623          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2624          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2625          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2626          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2627          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2628          * probability that two non-cooperating processes, which just
2629          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2630          * their queues merged by mistake.
2631          */
2632         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2633                 return NULL;
2634
2635         if (bfqq->new_bfqq)
2636                 return bfqq->new_bfqq;
2637
2638         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2639                 return NULL;
2640
2641         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2642         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2643                 return NULL;
2644
2645         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2646
2647         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2648             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2649             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2650                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2651             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2652             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2653                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2654                 if (new_bfqq)
2655                         return new_bfqq;
2656         }
2657         /*
2658          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2659          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2660          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2661          */
2662         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2663                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2664
2665         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2666             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2667                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2668
2669         return NULL;
2670 }
2671
2672 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2673 {
2674         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2675
2676         /*
2677          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2678          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2679          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2680          */
2681         if (!bic)
2682                 return;
2683
2684         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2685         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2686         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2687         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2688         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2689         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2690         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2691                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2692                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2693                 /*
2694                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2695                  * would have deserved interactive weight raising, but
2696                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2697                  * because of this early merge. Store directly the
2698                  * weight-raising state that would have been assigned
2699                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2700                  * to enjoy weight raising if split soon.
2701                  */
2702                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2703                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2704                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2705                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2706         } else {
2707                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2708                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2709                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2710                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2711                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2712         }
2713 }
2714
2715
2716 static
2717 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2718 {
2719         /*
2720          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2721          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2722          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2723          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2724          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2725          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2726          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2727          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2728          * never happen.
2729          */
2730         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2731             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2732                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2733
2734         bfq_put_queue(bfqq);
2735 }
2736
2737 static void
2738 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2739                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2740 {
2741         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2742                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2743         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2744         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2745         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2746         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2747                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2748         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2749
2750         /*
2751          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2752          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2753          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2754          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2755          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2756          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2757          * easy, thanks to the flag just_created.
2758          */
2759         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2760                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2761                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2762                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2763                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2764                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2765                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2766                         bfqd->wr_busy_queues++;
2767                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2768         }
2769
2770         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2771                 bfqq->wr_coeff = 1;
2772                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2773                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2774                         bfqd->wr_busy_queues--;
2775         }
2776
2777         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2778                      bfqd->wr_busy_queues);
2779
2780         /*
2781          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2782          */
2783         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2784         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2785         /*
2786          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2787          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2788          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2789          *   be set to NULL, or
2790          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2791          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2792          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2793          *   assignment causes no harm).
2794          */
2795         new_bfqq->bic = NULL;
2796         /*
2797          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
2798          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
2799          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
2800          * because it reports a random pid between those of the associated
2801          * processes.
2802          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
2803          * a pid in logging messages.
2804          */
2805         new_bfqq->pid = -1;
2806         bfqq->bic = NULL;
2807         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
2808 }
2809
2810 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2811                                 struct bio *bio)
2812 {
2813         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2814         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2815         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2816
2817         /*
2818          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2819          */
2820         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2821                 return false;
2822
2823         /*
2824          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2825          * merge only if rq is queued there.
2826          */
2827         if (!bfqq)
2828                 return false;
2829
2830         /*
2831          * We take advantage of this function to perform an early merge
2832          * of the queues of possible cooperating processes.
2833          */
2834         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2835         if (new_bfqq) {
2836                 /*
2837                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2838                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2839                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
2840                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2841                  * and bfqq can be put.
2842                  */
2843                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2844                                 new_bfqq);
2845                 /*
2846                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2847                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2848                  * merged.
2849                  */
2850                 bfqq = new_bfqq;
2851
2852                 /*
2853                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2854                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2855                  * this function may be invoked again (and then may
2856                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2857                  */
2858                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2859         }
2860
2861         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2862 }
2863
2864 /*
2865  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2866  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2867  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2868  * processes.
2869  */
2870 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2871                                    struct bfq_queue *bfqq)
2872 {
2873         unsigned int timeout_coeff;
2874
2875         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2876                 timeout_coeff = 1;
2877         else
2878                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2879
2880         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2881
2882         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2883                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2884 }
2885
2886 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2887                                        struct bfq_queue *bfqq)
2888 {
2889         if (bfqq) {
2890                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2891
2892                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2893
2894                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2895                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2896                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2897                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2898                         /*
2899                          * For soft real-time queues, move the start
2900                          * of the weight-raising period forward by the
2901                          * time the queue has not received any
2902                          * service. Otherwise, a relatively long
2903                          * service delay is likely to cause the
2904                          * weight-raising period of the queue to end,
2905                          * because of the short duration of the
2906                          * weight-raising period of a soft real-time
2907                          * queue.  It is worth noting that this move
2908                          * is not so dangerous for the other queues,
2909                          * because soft real-time queues are not
2910                          * greedy.
2911                          *
2912                          * To not add a further variable, we use the
2913                          * overloaded field budget_timeout to
2914                          * determine for how long the queue has not
2915                          * received service, i.e., how much time has
2916                          * elapsed since the queue expired. However,
2917                          * this is a little imprecise, because
2918                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2919                          * not only expires, but also remains with no
2920                          * request.
2921                          */
2922                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2923                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2924                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2925                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2926                         else
2927                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2928                 }
2929
2930                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2931                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2932                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2933                              bfqq->entity.budget);
2934         }
2935
2936         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2937 }
2938
2939 /*
2940  * Get and set a new queue for service.
2941  */
2942 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2943 {
2944         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2945
2946         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2947         return bfqq;
2948 }
2949
2950 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2951 {
2952         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2953         u32 sl;
2954
2955         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2956
2957         /*
2958          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2959          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2960          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2961          */
2962         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2963         /*
2964          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2965          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2966          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2967          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2968          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2969          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2970          * needed if the queue has a higher weight than some other
2971          * queue).
2972          */
2973         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2974             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
2975                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2976         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2977                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2978
2979         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2980         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
2981
2982         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2983                       HRTIMER_MODE_REL);
2984         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2985 }
2986
2987 /*
2988  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2989  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2990  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2991  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2992  * this maximises throughput with sequential workloads.
2993  */
2994 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2995 {
2996         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2997                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2998 }
2999
3000 /*
3001  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3002  * function of the estimated peak rate. See comments on
3003  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3004  */
3005 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3006 {
3007         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3008                 bfqd->bfq_max_budget =
3009                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3010                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3011         }
3012 }
3013
3014 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3015                                        struct request *rq)
3016 {
3017         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3018                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3019                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3020                 bfqd->sequential_samples = 0;
3021                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3022                         blk_rq_sectors(rq);
3023         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3024                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3025
3026         bfq_log(bfqd,
3027                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3028                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3029                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3030 }
3031
3032 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3033 {
3034         u32 rate, weight, divisor;
3035
3036         /*
3037          * For the convergence property to hold (see comments on
3038          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3039          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3040          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3041          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3042          * for a new evaluation attempt.
3043          */
3044         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3045             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3046                 goto reset_computation;
3047
3048         /*
3049          * If a new request completion has occurred after last
3050          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3051          * have been served by the device, it is more precise to
3052          * extend the observation interval to the last completion.
3053          */
3054         bfqd->delta_from_first =
3055                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3056                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3057
3058         /*
3059          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3060          * precision issues.
3061          */
3062         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3063                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3064
3065         /*
3066          * Peak rate not updated if:
3067          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3068          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3069          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3070          */
3071         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3072              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3073                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3074                 goto reset_computation;
3075
3076         /*
3077          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3078          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3079          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3080          * measured rate.
3081          *
3082          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3083          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3084          * and to how long the observation time interval is.
3085          *
3086          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3087          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3088          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3089          * the measured rate contributes for half of the next value of
3090          * the estimated peak rate.
3091          *
3092          * So, the first step is to compute the weight as a function
3093          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3094          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3095          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3096          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3097          * incremented for the first sample.
3098          */
3099         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3100
3101         /*
3102          * Second step: further refine the weight as a function of the
3103          * duration of the observation interval.
3104          */
3105         weight = min_t(u32, 8,
3106                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3107                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3108
3109         /*
3110          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3111          * maximum weight.
3112          */
3113         divisor = 10 - weight;
3114
3115         /*
3116          * Finally, update peak rate:
3117          *
3118          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3119          */
3120         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3121         bfqd->peak_rate /= divisor;
3122         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3123
3124         bfqd->peak_rate += rate;
3125
3126         /*
3127          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3128          * the minimum representable values reported in the comments
3129          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3130          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3131          * divisor.
3132          */
3133         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3134
3135         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3136
3137 reset_computation:
3138         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3139 }
3140
3141 /*
3142  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3143  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3144  *
3145  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3146  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3147  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3148  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3149  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3150  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3151  * by the device.
3152  *
3153  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3154  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3155  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3156  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3157  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3158  * unknown, namely in-device request service rate.
3159  *
3160  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3161  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3162  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3163  * same requests are then served. But, since the size of any
3164  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3165  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3166  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3167  * closer and closer to the number of requests completed as the
3168  * observation interval grows. This is the key property used in
3169  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3170  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3171  * on every request dispatch.
3172  */
3173 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3174 {
3175         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3176
3177         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3178                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3179                         bfqd->peak_rate_samples);
3180                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3181                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3182         }
3183
3184         /*
3185          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3186          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3187          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3188          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3189          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3190          * taken:
3191          * - close the observation interval at the last (previous)
3192          *   request dispatch or completion
3193          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3194          * - start a new observation interval with this dispatch
3195          */
3196         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3197             bfqd->rq_in_driver == 0)
3198                 goto update_rate_and_reset;
3199
3200         /* Update sampling information */
3201         bfqd->peak_rate_samples++;
3202
3203         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3204                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3205             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3206                 bfqd->sequential_samples++;
3207
3208         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3209
3210         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3211         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3212                 bfqd->last_rq_max_size =
3213                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3214         else
3215                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3216
3217         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3218
3219         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3220         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3221                 goto update_last_values;
3222
3223 update_rate_and_reset:
3224         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3225 update_last_values:
3226         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3227         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3228                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3229         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3230 }
3231
3232 /*
3233  * Remove request from internal lists.
3234  */
3235 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3236 {
3237         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3238
3239         /*
3240          * For consistency, the next instruction should have been
3241          * executed after removing the request from the queue and
3242          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3243          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3244          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3245          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3246          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3247          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3248          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3249          * happens to be taken into account.
3250          */
3251         bfqq->dispatched++;
3252         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3253
3254         bfq_remove_request(q, rq);
3255 }
3256
3257 /*
3258  * There is a case where idling does not have to be performed for
3259  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3260  * the process associated with bfqq.
3261  *
3262  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3263  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3264  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3265  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3266  * actual request service order. In particular, the critical
3267  * situation is when requests from different processes happen
3268  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3269  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3270  * the service order of the internally-queued requests, does
3271  * determine also the actual throughput distribution among
3272  * these processes. But the drive typically has no notion or
3273  * concern about per-process throughput distribution, and
3274  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3275  * the service distribution enforced by the drive's internal
3276  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3277  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3278  * skewed scenario where:
3279  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3280  *       the others,
3281  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3282  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3283  *       throughput than any of the other processes;
3284  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3285  *       terms of locality (sequential or random), direction
3286  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3287  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3288
3289  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3290  * of each process in about the same way as the requests of the
3291  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3292  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3293  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3294  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3295  * bfqq.
3296  *
3297  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3298  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3299  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3300  * (see [1] for details).
3301  *
3302  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3303  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3304  * example is sync random I/O on flash storage with command
3305  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3306  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3307  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3308  * service guarantees.
3309  *
3310  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3311  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3312  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3313  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3314  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3315  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3316  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3317  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3318  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3319  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3320  * some request already dispatched but still waiting for
3321  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3322  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3323  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3324  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3325  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3326  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3327  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3328  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3329  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3330  * bi-modal behavior, implemented in the function
3331  * bfq_asymmetric_scenario().
3332  *
3333  * If there are groups with requests waiting for completion
3334  * (as commented above, some of these groups may even be
3335  * already inactive), then the scenario is tagged as
3336  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3337  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3338  * This behavior matches also the fact that groups are created
3339  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3340  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3341  *
3342  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3343  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3344  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3345  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3346  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3347  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3348  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3349  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3350  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3351  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3352  * have the same weight.
3353  *
3354  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3355  * risk of getting less throughput than its fair share.
3356  * However, for queues with the same weight, a further
3357  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3358  * problem. And it does so without consequences on overall
3359  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3360  * in the next three paragraphs.
3361  *
3362  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3363  * can still preempt the new in-service queue if the next
3364  * request of Q arrives soon (see the comments on
3365  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3366  * groups have the same weight, this form of preemption,
3367  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3368  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3369  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3370  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3371  * idling allows the internal queues of the device to contain
3372  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3373  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3374  * minimum of mid-term fairness.
3375  *
3376  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3377  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3378  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3379  * that there are two queues with the same weight, but that
3380  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3381  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3382  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3383  * most one request at a time, which implies that each queue
3384  * always remains idle after it is served. Finally, after
3385  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3386  * request. It follows that the two queues are served
3387  * alternatively, preempting each other if needed. This
3388  * implies that, although both queues have the same weight,
3389  * the queue with large requests receives a service that is
3390  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3391  * queue.
3392  *
3393  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3394  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3395  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3396  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3397  * there is no active group, then the primary expectation for
3398  * this device is probably a high throughput.
3399  *
3400  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3401  * additional compound condition that is checked below for deciding
3402  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3403  * sub-condition, we need to add that the function
3404  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3405  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3406  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3407  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3408  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3409  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3410  * requests waiting for completion happen to be
3411  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3412  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3413  * weight raising.
3414  *
3415  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3416  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3417  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3418  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3419  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3420  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3421  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3422  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3423  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3424  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3425  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3426  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3427  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3428  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3429  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3430  * lose because of this delay.
3431  *
3432  * As a side note, it is worth considering that the above
3433  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3434  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3435  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3436  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3437  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3438  * may become impossible to make requests be served in the desired
3439  * order until all the requests already queued in the device have been
3440  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3441  * this problem for weight-raised queues.
3442  */
3443 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3444                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3445 {
3446         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3447                 (bfqd->wr_busy_queues <
3448                  bfq_tot_busy_queues(bfqd) ||
3449                  bfqd->rq_in_driver >=
3450                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3451                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq);
3452 }
3453
3454 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3455                               enum bfqq_expiration reason)
3456 {
3457         /*
3458          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3459          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3460          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3461          * break the queues apart again.
3462          */
3463         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3464                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3465
3466         /*
3467          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3468          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3469          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3470          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3471          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3472          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3473          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3474          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3475          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3476          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3477          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3478          */
3479         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3480             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3481               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3482                 if (bfqq->dispatched == 0)
3483                         /*
3484                          * Overloading budget_timeout field to store
3485                          * the time at which the queue remains with no
3486                          * backlog and no outstanding request; used by
3487                          * the weight-raising mechanism.
3488                          */
3489                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3490
3491                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3492         } else {
3493                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3494                 /*
3495                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3496                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3497                  */
3498                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3499                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3500                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3501         }
3502
3503         /*
3504          * All in-service entities must have been properly deactivated
3505          * or requeued before executing the next function, which
3506          * resets all in-service entities as no more in service. This
3507          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3508          * function returns true.
3509          */
3510         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3511 }
3512
3513 /**
3514  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3515  * @bfqd: device data.
3516  * @bfqq: queue to update.
3517  * @reason: reason for expiration.
3518  *
3519  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3520  * See the body for detailed comments.
3521  */
3522 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3523                                      struct bfq_queue *bfqq,
3524                                      enum bfqq_expiration reason)
3525 {
3526         struct request *next_rq;
3527         int budget, min_budget;
3528
3529         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3530
3531         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3532                 budget = bfqq->max_budget;
3533         else /*
3534               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3535               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3536               * than the minimum possible budget, to cause a little
3537               * bit fewer expirations.
3538               */
3539                 budget = 2 * min_budget;
3540
3541         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3542                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3543         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3544                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3545         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3546                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3547
3548         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3549                 switch (reason) {
3550                 /*
3551                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3552                  * for throughput.
3553                  */
3554                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3555                         /*
3556                          * This is the only case where we may reduce
3557                          * the budget: if there is no request of the
3558                          * process still waiting for completion, then
3559                          * we assume (tentatively) that the timer has
3560                          * expired because the batch of requests of
3561                          * the process could have been served with a
3562                          * smaller budget.  Hence, betting that
3563                          * process will behave in the same way when it
3564                          * becomes backlogged again, we reduce its
3565                          * next budget.  As long as we guess right,
3566                          * this budget cut reduces the latency
3567                          * experienced by the process.
3568                          *
3569                          * However, if there are still outstanding
3570                          * requests, then the process may have not yet
3571                          * issued its next request just because it is
3572                          * still waiting for the completion of some of
3573                          * the still outstanding ones.  So in this
3574                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3575                          * contrary we increase it to possibly boost
3576                          * the throughput, as discussed in the
3577                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3578                          */
3579                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3580                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3581                         else {
3582                                 if (budget > 5 * min_budget)
3583                                         budget -= 4 * min_budget;
3584                                 else
3585                                         budget = min_budget;
3586                         }
3587                         break;
3588                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3589                         /*
3590                          * We double the budget here because it gives
3591                          * the chance to boost the throughput if this
3592                          * is not a seeky process (and has bumped into
3593                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3594                          */
3595                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3596                         break;
3597                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3598                         /*
3599                          * The process still has backlog, and did not
3600                          * let either the budget timeout or the disk
3601                          * idling timeout expire. Hence it is not
3602                          * seeky, has a short thinktime and may be
3603                          * happy with a higher budget too. So
3604                          * definitely increase the budget of this good
3605                          * candidate to boost the disk throughput.
3606                          */
3607                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3608                         break;
3609                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3610                         /*
3611                          * For queues that expire for this reason, it
3612                          * is particularly important to keep the
3613                          * budget close to the actual service they
3614                          * need. Doing so reduces the timestamp
3615                          * misalignment problem described in the
3616                          * comments in the body of
3617                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3618                          * that a queue systematically expires for
3619                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3620                          * new request in time to enjoy timestamp
3621                          * back-shifting. The larger the budget of the
3622                          * queue is with respect to the service the
3623                          * queue actually requests in each service
3624                          * slot, the more times the queue can be
3625                          * reactivated with the same virtual finish
3626                          * time. It follows that, even if this finish
3627                          * time is pushed to the system virtual time
3628                          * to reduce the consequent timestamp
3629                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3630                          * many re-activations a lower finish time
3631                          * than all newly activated queues.
3632                          *
3633                          * The service needed by bfqq is measured
3634                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3635                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3636                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3637                          * of sectors that the process associated with
3638                          * bfqq requested to read/write before waiting
3639                          * for request completions, or blocking for
3640                          * other reasons.
3641                          */
3642                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3643                         break;
3644                 default:
3645                         return;
3646                 }
3647         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3648                 /*
3649                  * Async queues get always the maximum possible
3650                  * budget, as for them we do not care about latency
3651                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3652                  * by the charging factor).
3653                  */
3654                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3655         }
3656
3657         bfqq->max_budget = budget;
3658
3659         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3660             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3661                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3662
3663         /*
3664          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3665          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3666          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3667          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3668          * update.
3669          *
3670          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3671          * it will be updated on the arrival of a new request.
3672          */
3673         next_rq = bfqq->next_rq;
3674         if (next_rq)
3675                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3676                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3677
3678         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3679                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3680                         bfqq->entity.budget);
3681 }
3682
3683 /*
3684  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3685  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3686  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3687  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3688  * on the function bfq_bfqq_expire().
3689  *
3690  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3691  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3692  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3693  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3694  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3695  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3696  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3697  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3698  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3699  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3700  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3701  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3702  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3703  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3704  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3705  * finishes.
3706  *
3707  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3708  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3709  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3710  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3711  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3712  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3713  */
3714 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3715                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3716                                  unsigned long *delta_ms)
3717 {
3718         ktime_t delta_ktime;
3719         u32 delta_usecs;
3720         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3721
3722         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3723                 return false;
3724
3725         if (compensate)
3726                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3727         else
3728                 delta_ktime = ktime_get();
3729         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3730         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3731
3732         /* don't use too short time intervals */
3733         if (delta_usecs < 1000) {
3734                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3735                          /*
3736                           * give same worst-case guarantees as idling
3737                           * for seeky
3738                           */
3739                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3740                 else /* charge at least one seek */
3741                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3742
3743                 return slow;
3744         }
3745
3746         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3747
3748         /*
3749          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3750          * spikes in service rate estimation.
3751          */
3752         if (delta_usecs > 20000) {
3753                 /*
3754                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3755                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3756                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3757                  * rate is likely to be an average over the disk
3758                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3759                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3760                  * its rate has been lower than half of the estimated
3761                  * peak rate.
3762                  */
3763                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3764         }
3765
3766         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3767
3768         return slow;
3769 }
3770
3771 /*
3772  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3773  * requirements. First, the application must not require an average
3774  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3775  * record a compressed high-definition video.
3776  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3777  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3778  * that, if the next request of the application does not arrive before
3779  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3780  *
3781  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3782  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3783  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3784  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3785  * and so on.
3786  * For this reason the next function is invoked to compute
3787  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3788  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3789  * not.
3790  *
3791  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3792  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3793  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3794  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3795  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3796  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3797  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3798  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3799  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3800  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3801  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3802  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3803  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3804  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3805  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3806  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3807  *
3808  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3809  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3810  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3811  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3812  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3813  *     the return value of this function with the current time plus
3814  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3815  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3816  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3817  *     real-time application spends some time processing data, after a
3818  *     batch of its requests has been completed.
3819  *
3820  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3821  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3822  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3823  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3824  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3825  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3826  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3827  *     time intervals are usually interspersed between other time
3828  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3829  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3830  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3831  *     function happen to be so high, near the end of any such
3832  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3833  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3834  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3835  *     this function. As a consequence, if the last value of
3836  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3837  *     next value that this function may return, then, from the very
3838  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3839  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3840  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3841  *     to soon for the application to be deemed as soft
3842  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3843  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3844  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3845  *
3846  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3847  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3848  * application, if the reference quantity was just
3849  * bfqd->bfq_slice_idle:
3850  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3851  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3852  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3853  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3854  *    is rather lower than the exact value.
3855  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3856  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3857  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3858  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3859  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3860  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3861  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3862  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3863  */
3864 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3865                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3866 {
3867         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3868                     bfqq->last_idle_bklogged +
3869                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3870                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3871                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3872 }
3873
3874 /**
3875  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3876  * @bfqd: device owning the queue.
3877  * @bfqq: the queue to expire.
3878  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3879  * @reason: the reason causing the expiration.
3880  *
3881  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3882  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3883  * in service instead of the service it has received (see
3884  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3885  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3886  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3887  * received more service than what it has actually received. In the
3888  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3889  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3890  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3891  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3892  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3893  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3894  *
3895  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3896  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3897  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3898  * guarantees among the latter.
3899  */
3900 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3901                      struct bfq_queue *bfqq,
3902                      bool compensate,
3903                      enum bfqq_expiration reason)
3904 {
3905         bool slow;
3906         unsigned long delta = 0;
3907         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3908
3909         /*
3910          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3911          */
3912         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3913
3914         /*
3915          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3916          * timed-out queues with the time and not the service
3917          * received, to favor sequential workloads.
3918          *
3919          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3920          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3921          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3922          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3923          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3924          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3925          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3926          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3927          * or quasi-sequential processes.
3928          */
3929         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3930             (slow ||
3931              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3932               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3933                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3934
3935         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3936             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3937                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3938
3939         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3940                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3941
3942         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3943             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3944                 /*
3945                  * If we get here, and there are no outstanding
3946                  * requests, then the request pattern is isochronous
3947                  * (see the comments on the function
3948                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3949                  * soft_rt_next_start. And we do it, unless bfqq is in
3950                  * interactive weight raising. We do not do it in the
3951                  * latter subcase, for the following reason. bfqq may
3952                  * be conveying the I/O needed to load a soft
3953                  * real-time application. Such an application will
3954                  * actually exhibit a soft real-time I/O pattern after
3955                  * it finally starts doing its job. But, if
3956                  * soft_rt_next_start is computed here for an
3957                  * interactive bfqq, and bfqq had received a lot of
3958                  * service before remaining with no outstanding
3959                  * request (likely to happen on a fast device), then
3960                  * soft_rt_next_start would be assigned such a high
3961                  * value that, for a very long time, bfqq would be
3962                  * prevented from being possibly considered as soft
3963                  * real time.
3964                  *
3965                  * If, instead, the queue still has outstanding
3966                  * requests, then we have to wait for the completion
3967                  * of all the outstanding requests to discover whether
3968                  * the request pattern is actually isochronous.
3969                  */
3970                 if (bfqq->dispatched == 0 &&
3971                     bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
3972                         bfqq->soft_rt_next_start =
3973                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3974                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
3975                         /*
3976                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3977                          * the task may be discovered to be isochronous.
3978                          */
3979                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3980                 }
3981         }
3982
3983         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3984                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3985                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3986
3987         /*
3988          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
3989          * any longer: reset state machine for measuring total service
3990          * times.
3991          */
3992         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
3993         bfqd->waited_rq = NULL;
3994
3995         /*
3996          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3997          * reason.
3998          */
3999         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4000         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4001                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4002                 return;
4003
4004         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4005         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4006             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4007             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4008                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4009                 /*
4010                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4011                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4012                  * service with this same budget (as if it never expired)
4013                  */
4014         } else
4015                 entity->service = 0;
4016
4017         /*
4018          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4019          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4020          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4021          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4022          * chance to go on being served using the last, partially
4023          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4024          * because if bfqq then actually goes on being served using
4025          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4026          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4027          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4028          * to keep entity->service for parent entities too, because
4029          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4030          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4031          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4032          * service with the same budget.
4033          */
4034         entity = entity->parent;
4035         for_each_entity(entity)
4036                 entity->service = 0;
4037 }
4038
4039 /*
4040  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4041  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4042  * idle timer expirations.
4043  */
4044 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4045 {
4046         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4047 }
4048
4049 /*
4050  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4051  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4052  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4053  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4054  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4055  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4056  */
4057 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4058 {
4059         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4060                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4061                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4062                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4063                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4064
4065         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4066                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4067                 &&
4068                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4069 }
4070
4071 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4072                                              struct bfq_queue *bfqq)
4073 {
4074         bool rot_without_queueing =
4075                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4076                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4077                 idling_boosts_thr;
4078
4079         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4080                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4081
4082         /*
4083          * The next variable takes into account the cases where idling
4084          * boosts the throughput.
4085          *
4086          * The value of the variable is computed considering, first, that
4087          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4088          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4089          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4090          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4091          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4092          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4093          *     I/O-bound and sequential.
4094          *
4095          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4096          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4097          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4098          * the throughput in proportion to how fast the device
4099          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4100          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4101          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4102          * flash-based device.
4103          */
4104         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4105                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4106                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4107
4108         /*
4109          * The return value of this function is equal to that of
4110          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4111          * special case, described below, idling may cause problems to
4112          * weight-raised queues.
4113          *
4114          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4115          * of write hogs), if the processes associated with
4116          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4117          * then processes associated with weight-raised queues have a
4118          * higher probability to get a request from the pool
4119          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4120          * they have a higher probability to actually get a fraction
4121          * of the device throughput proportional to their high
4122          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4123          * which enqueue several requests in advance, and further
4124          * reorder internally-queued requests.
4125          *
4126          * For this reason, we force to false the return value if
4127          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4128          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4129          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4130          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4131          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4132          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4133          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4134          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4135          * requests from the request pool, before the busy
4136          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4137          * starvation problems in the presence of heavy write
4138          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4139          * application and system responsiveness in these hostile
4140          * scenarios.
4141          */
4142         return idling_boosts_thr &&
4143                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4144 }
4145
4146 /*
4147  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4148  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4149  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4150  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4151  * critical role as well.
4152  *
4153  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4154  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4155  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4156  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4157  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4158  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4159  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4160  * issue.
4161  *
4162  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4163  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4164  * functions providing the main pieces of information needed by this
4165  * function.
4166  */
4167 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4168 {
4169         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4170         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4171
4172         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4173                 return true;
4174
4175         /*
4176          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4177          * do not idle if
4178          * (a) bfqq is async
4179          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4180          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4181          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4182          */
4183         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4184            bfq_class_idle(bfqq))
4185                 return false;
4186
4187         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4188                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4189
4190         idling_needed_for_service_guar =
4191                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4192
4193         /*
4194          * We have now the two components we need to compute the
4195          * return value of the function, which is true only if idling
4196          * either boosts the throughput (without issues), or is
4197          * necessary to preserve service guarantees.
4198          */
4199         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4200                 idling_needed_for_service_guar;
4201 }
4202
4203 /*
4204  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4205  * returns true, then:
4206  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4207  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4208  *    request for the queue.
4209  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4210  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4211  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4212  * returns true.
4213  */
4214 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4215 {
4216         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4217 }
4218
4219 /*
4220  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4221  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4222  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4223  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4224  * below.
4225  */
4226 static struct bfq_queue *
4227 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4228 {
4229         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4230         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4231         /*
4232          * If
4233          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4234          *   time-critical I/O,
4235          * or
4236          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4237          *   however a long think time, during which it can absorb the
4238          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4239          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4240          *   details on the computation of this number);
4241          * then injection can be performed without restrictions.
4242          */
4243         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4244                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4245
4246         /*
4247          * If
4248          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4249          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4250          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4251          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4252          *   significantly;
4253          * then temporarily raise inject limit to one request.
4254          */
4255         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4256             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4257             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4258                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4259                 )
4260                 limit = 1;
4261
4262         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4263                 return NULL;
4264
4265         /*
4266          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4267          * a high probability, very few steps are needed to find a
4268          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4269          * its next request. In fact:
4270          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4271          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4272          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4273          *   service, then the queue is removed from the active list
4274          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4275          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4276          */
4277         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4278                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4279                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4280                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4281                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4282                         /*
4283                          * Allow for only one large in-flight request
4284                          * on non-rotational devices, for the
4285                          * following reason. On non-rotationl drives,
4286                          * large requests take much longer than
4287                          * smaller requests to be served. In addition,
4288                          * the drive prefers to serve large requests
4289                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4290                          * having more than one large requests queued
4291                          * in the drive may easily make the next first
4292                          * request of the in-service queue wait for so
4293                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4294                          * the bright side, large requests let the
4295                          * drive reach a very high throughput, even if
4296                          * there is only one in-flight large request
4297                          * at a time.
4298                          */
4299                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4300                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4301                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4302                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4303                         else
4304                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4305
4306                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4307                                 bfqd->rqs_injected = true;
4308                                 return bfqq;
4309                         }
4310                 }
4311
4312         return NULL;
4313 }
4314
4315 /*
4316  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4317  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4318  */
4319 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4320 {
4321         struct bfq_queue *bfqq;
4322         struct request *next_rq;
4323         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4324
4325         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4326         if (!bfqq)
4327                 goto new_queue;
4328
4329         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4330
4331         /*
4332          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4333          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4334          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4335          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4336          * bfq_completed_request().
4337          */
4338         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4339             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4340                 goto expire;
4341
4342 check_queue:
4343         /*
4344          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4345          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4346          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4347          * request served.
4348          */
4349         next_rq = bfqq->next_rq;
4350         /*
4351          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4352          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4353          */
4354         if (next_rq) {
4355                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4356                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4357                         /*
4358                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4359                          * which makes sure that the next budget is
4360                          * enough to serve the next request, even if
4361                          * it comes from the fifo expired path.
4362                          */
4363                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4364                         goto expire;
4365                 } else {
4366                         /*
4367                          * The idle timer may be pending because we may
4368                          * not disable disk idling even when a new request
4369                          * arrives.
4370                          */
4371                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4372                                 /*
4373                                  * If we get here: 1) at least a new request
4374                                  * has arrived but we have not disabled the
4375                                  * timer because the request was too small,
4376                                  * 2) then the block layer has unplugged
4377                                  * the device, causing the dispatch to be
4378                                  * invoked.
4379                                  *
4380                                  * Since the device is unplugged, now the
4381                                  * requests are probably large enough to
4382                                  * provide a reasonable throughput.
4383                                  * So we disable idling.
4384                                  */
4385                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4386                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4387                         }
4388                         goto keep_queue;
4389                 }
4390         }
4391
4392         /*
4393          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4394          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4395          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4396          *
4397          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4398          * throughput and is possible.
4399          */
4400         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4401             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4402                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4403                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4404                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4405                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4406                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4407
4408                 /*
4409                  * The next three mutually-exclusive ifs decide
4410                  * whether to try injection, and choose the queue to
4411                  * pick an I/O request from.
4412                  *
4413                  * The first if checks whether the process associated
4414                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4415                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4416                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4417                  * process. On the contrary, it can only increase
4418                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4419                  *
4420                  * The second if checks whether there happens to be a
4421                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4422                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4423                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4424                  * a process that does some sync. A sync generates
4425                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4426                  * the process associated with bfqq can go on with its
4427                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4428                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4429                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4430                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4431                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4432                  * throughput. The best action to take is therefore to
4433                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4434                  * (without relying on the third alternative below for
4435                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4436                  * paragraph for further details). This systematic
4437                  * injection of I/O from the waker queue does not
4438                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4439                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4440                  * for it is not blocked for milliseconds.
4441                  *
4442                  * The third if checks whether bfqq is a queue for
4443                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4444                  * bfqq delivers more throughput when served without
4445                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4446                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4447                  * count more than overall throughput, and may be
4448                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4449                  * has a short think time). If none of these
4450                  * conditions holds, then a candidate queue for
4451                  * injection is looked for through
4452                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4453                  * latter may return NULL (for example if the inject
4454                  * limit for bfqq is currently 0).
4455                  *
4456                  * NOTE: motivation for the second alternative
4457                  *
4458                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4459                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4460                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4461                  * waker queue has pending I/O requests that are
4462                  * blocking bfqq's I/O, then the third alternative
4463                  * above lets the waker queue get served before the
4464                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4465                  * second alternative superfluous. It is not, because
4466                  * the third alternative may be way less effective in
4467                  * case of a synchronization. For two main
4468                  * reasons. First, throughput may be low because the
4469                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4470                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4471                  * other queues, that the second alternative
4472                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4473                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4474                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4475                  * third alternative, the duration of the plugging,
4476                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4477                  * may not be minimized, because the waker queue may
4478                  * happen to be served only after other queues.
4479                  */
4480                 if (async_bfqq &&
4481                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4482                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4483                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4484                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4485                 else if (bfq_bfqq_has_waker(bfqq) &&
4486                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4487                            bfqq->next_rq &&
4488                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4489                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4490                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4491                         )
4492                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4493                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4494                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4495                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4496                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4497                 else
4498                         bfqq = NULL;
4499
4500                 goto keep_queue;
4501         }
4502
4503         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4504 expire:
4505         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4506 new_queue:
4507         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4508         if (bfqq) {
4509                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4510                 goto check_queue;
4511         }
4512 keep_queue:
4513         if (bfqq)
4514                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4515         else
4516                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4517
4518         return bfqq;
4519 }
4520
4521 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4522 {
4523         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4524
4525         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4526                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4527                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4528                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4529                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4530                         bfqq->wr_coeff,
4531                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4532
4533                 if (entity->prio_changed)
4534                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4535
4536                 /*
4537                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4538                  * time has elapsed from the beginning of this
4539                  * weight-raising period, then end weight raising.
4540                  */
4541                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4542                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4543                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4544                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4545                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4546                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4547                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
4548                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4549                         else {
4550                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4551                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4552                         }
4553                 }
4554                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4555                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4556                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4557                         /* see comments on max_service_from_wr */
4558                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4559                 }
4560         }
4561         /*
4562          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4563          * update weight both if it must be raised and if it must be
4564          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4565          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4566          * next function with the last parameter unset (see the
4567          * comments on the function).
4568          */
4569         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4570                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4571                                                 entity, false);
4572 }
4573
4574 /*
4575  * Dispatch next request from bfqq.
4576  */
4577 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4578                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4579 {
4580         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4581         unsigned long service_to_charge;
4582
4583         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4584
4585         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4586
4587         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4588                 bfqd->wait_dispatch = false;
4589                 bfqd->waited_rq = rq;
4590         }
4591
4592         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4593
4594         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4595                 goto return_rq;
4596
4597         /*
4598          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4599          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4600          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4601          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4602          * weight-raised during this service slot, even if it has
4603          * received part or even most of the service as a
4604          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4605          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4606          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4607          */
4608         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4609
4610         /*
4611          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4612          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4613          * service.
4614          */
4615         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4616                 goto return_rq;
4617
4618         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4619
4620 return_rq:
4621         return rq;
4622 }
4623
4624 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4625 {
4626         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4627
4628         /*
4629          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4630          * most a call to dispatch for nothing
4631          */
4632         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4633                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4634 }
4635
4636 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4637 {
4638         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4639         struct request *rq = NULL;
4640         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4641
4642         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4643                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4644                                       queuelist);
4645                 list_del_init(&rq->queuelist);
4646
4647                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4648
4649                 if (bfqq) {
4650                         /*
4651                          * Increment counters here, because this
4652                          * dispatch does not follow the standard
4653                          * dispatch flow (where counters are
4654                          * incremented)
4655                          */
4656                         bfqq->dispatched++;
4657
4658                         goto inc_in_driver_start_rq;
4659                 }
4660
4661                 /*
4662                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4663                  * decrement rq_in_driver, but
4664                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4665                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4666                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4667                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4668                  * lower than it should be while this request is in
4669                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4670                  * invoked uselessly.
4671                  *
4672                  * As for implementing an exact solution, the
4673                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4674                  * probably invoked also on this request. So, by
4675                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4676                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4677                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4678                  * let the value of the counter be always accurate,
4679                  * but it would entail using an extra interface
4680                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4681                  * being the frequency of non-elevator-private
4682                  * requests very low.
4683                  */
4684                 goto start_rq;
4685         }
4686
4687         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4688                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4689
4690         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4691                 goto exit;
4692
4693         /*
4694          * Force device to serve one request at a time if
4695          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4696          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4697          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4698          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4699          * some unlucky request wait for as long as the device
4700          * wishes.
4701          *
4702          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4703          * throughput.
4704          */
4705         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4706                 goto exit;
4707
4708         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4709         if (!bfqq)
4710                 goto exit;
4711
4712         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4713
4714         if (rq) {
4715 inc_in_driver_start_rq:
4716                 bfqd->rq_in_driver++;
4717 start_rq:
4718                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4719         }
4720 exit:
4721         return rq;
4722 }
4723
4724 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
4725 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4726                                       struct request *rq,
4727                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4728                                       bool idle_timer_disabled)
4729 {
4730         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4731
4732         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4733                 return;
4734
4735         /*
4736          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4737          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4738          * dispatched to the device, and then can be completed and
4739          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4740          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4741          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4742          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4743          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4744          *
4745          * In addition, the following queue lock guarantees that
4746          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4747          */
4748         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4749         if (idle_timer_disabled)
4750                 /*
4751                  * Since the idle timer has been disabled,
4752                  * in_serv_queue contained some request when
4753                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4754                  * implies that rq was picked exactly from
4755                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4756                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4757                  * arguments.
4758                  */
4759                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4760         if (bfqq) {
4761                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4762
4763                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4764                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4765                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4766         }
4767         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4768 }
4769 #else
4770 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4771                                              struct request *rq,
4772                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4773                                              bool idle_timer_disabled) {}
4774 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
4775
4776 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4777 {
4778         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4779         struct request *rq;
4780         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4781         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4782
4783         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4784
4785         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4786         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4787
4788         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4789
4790         idle_timer_disabled =
4791                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4792
4793         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4794
4795         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4796                                   idle_timer_disabled);
4797
4798         return rq;
4799 }
4800
4801 /*
4802  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4803  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4804  *
4805  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4806  * this function on it.
4807  */
4808 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4809 {
4810         struct bfq_queue *item;
4811         struct hlist_node *n;
4812 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4813         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4814 #endif
4815
4816         if (bfqq->bfqd)
4817                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4818                              bfqq, bfqq->ref);
4819
4820         bfqq->ref--;
4821         if (bfqq->ref)
4822                 return;
4823
4824         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4825                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4826                 /*
4827                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4828                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4829                  * does not contribute to the burst any longer. This
4830                  * decrement helps filter out false positives of large
4831                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4832                  * the execution of commands by some service) happens
4833                  * to start and exit while a complex application is
4834                  * starting, and thus spawning several processes that
4835                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4836                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4837                  *
4838                  * In particular, the decrement is performed only if:
4839                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4840                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4841                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4842                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4843                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4844                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4845                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4846                  * the current burst list--without incrementing
4847                  * bust_size--because of a split, but the current
4848                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4849                  * (see comments on the case of a split in
4850                  * bfq_set_request).
4851                  */
4852                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4853                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4854         }
4855
4856         /*
4857          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
4858          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
4859          * must be removed from the woken list of its possible waker
4860          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
4861          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
4862          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
4863          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
4864          * particular, this happens when the last process associated
4865          * with bfqq exits or gets associated with a different
4866          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
4867          * and dangling references would come out only after bfqq gets
4868          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
4869          * way to handle all cases.
4870          */
4871         /* remove bfqq from woken list */
4872         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
4873                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
4874
4875         /* reset waker for all queues in woken list */
4876         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
4877                                   woken_list_node) {
4878                 item->waker_bfqq = NULL;
4879                 bfq_clear_bfqq_has_waker(item);
4880                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
4881         }
4882
4883         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
4884                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
4885
4886         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4887 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4888         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4889 #endif
4890 }
4891
4892 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4893 {
4894         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4895
4896         /*
4897          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4898          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4899          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4900          */
4901         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4902         while (__bfqq) {
4903                 if (__bfqq == bfqq)
4904                         break;
4905                 next = __bfqq->new_bfqq;
4906                 bfq_put_queue(__bfqq);
4907                 __bfqq = next;
4908         }
4909 }
4910
4911 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4912 {
4913         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4914                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4915                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4916         }
4917
4918         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4919
4920         bfq_put_cooperator(bfqq);
4921
4922         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
4923 }
4924
4925 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4926 {
4927         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4928         struct bfq_data *bfqd;
4929
4930         if (bfqq)
4931                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4932
4933         if (bfqq && bfqd) {
4934                 unsigned long flags;
4935
4936                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4937                 bfqq->bic = NULL;
4938                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4939                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4940                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4941         }
4942 }
4943
4944 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4945 {
4946         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4947
4948         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4949         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4950 }
4951
4952 /*
4953  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4954  * be used until the next (re)activation.
4955  */
4956 static void
4957 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4958 {
4959         struct task_struct *tsk = current;
4960         int ioprio_class;
4961         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4962
4963         if (!bfqd)
4964                 return;
4965
4966         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4967         switch (ioprio_class) {
4968         default:
4969                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4970                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4971                 /* fall through */
4972         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4973                 /*
4974                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4975                  */
4976                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4977                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4978                 break;
4979         case IOPRIO_CLASS_RT:
4980                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4981                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4982                 break;
4983         case IOPRIO_CLASS_BE:
4984                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4985                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4986                 break;
4987         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4988                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4989                 bfqq->new_ioprio = 7;
4990                 break;
4991         }
4992
4993         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4994                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4995                         bfqq->new_ioprio);
4996                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4997         }
4998
4999         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5000         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5001 }
5002
5003 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5004                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5005                                        struct bfq_io_cq *bic);
5006
5007 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5008 {
5009         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5010         struct bfq_queue *bfqq;
5011         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5012
5013         /*
5014          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5015          * drop the lock before returning.
5016          */
5017         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5018                 return;
5019
5020         bic->ioprio = ioprio;
5021
5022         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5023         if (bfqq) {
5024                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5025                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
5026                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5027         }
5028
5029         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5030         if (bfqq)
5031                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5032 }
5033
5034 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5035                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5036 {
5037         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5038         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5039         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5040         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5041         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5042
5043         bfqq->ref = 0;
5044         bfqq->bfqd = bfqd;
5045
5046         if (bic)
5047                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5048
5049         if (is_sync) {
5050                 /*
5051                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5052                  * idle_class, because no device idling is performed
5053                  * for queues in idle class
5054                  */
5055                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5056                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5057                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5058                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5059                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5060         } else
5061                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5062
5063         /* set end request to minus infinity from now */
5064         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
5065
5066         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5067
5068         bfqq->pid = pid;
5069
5070         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5071         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5072         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5073
5074         bfqq->wr_coeff = 1;
5075         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5076         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5077         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5078
5079         /*
5080          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5081          * process/queue in the recent past,
5082          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5083          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5084          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5085          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5086          * no bandwidth so far.
5087          */
5088         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5089
5090         /* first request is almost certainly seeky */
5091         bfqq->seek_history = 1;
5092 }
5093
5094 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5095                                                struct bfq_group *bfqg,
5096                                                int ioprio_class, int ioprio)
5097 {
5098         switch (ioprio_class) {
5099         case IOPRIO_CLASS_RT:
5100                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5101         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5102                 ioprio = IOPRIO_NORM;
5103                 /* fall through */
5104         case IOPRIO_CLASS_BE:
5105                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5106         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5107                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5108         default:
5109                 return NULL;
5110         }
5111 }
5112
5113 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5114                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5115                                        struct bfq_io_cq *bic)
5116 {
5117         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5118         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5119         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5120         struct bfq_queue *bfqq;
5121         struct bfq_group *bfqg;
5122
5123         rcu_read_lock();
5124
5125         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5126         if (!bfqg) {
5127                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5128                 goto out;
5129         }
5130
5131         if (!is_sync) {
5132                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5133                                                   ioprio);
5134                 bfqq = *async_bfqq;
5135                 if (bfqq)
5136                         goto out;
5137         }
5138
5139         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5140                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5141                                      bfqd->queue->node);
5142
5143         if (bfqq) {
5144                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5145                               is_sync);
5146                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5147                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5148         } else {
5149                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5150                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5151                 goto out;
5152         }
5153
5154         /*
5155          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5156          * prune it.
5157          */
5158         if (async_bfqq) {
5159                 bfqq->ref++; /*
5160                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5161                               * queue. This extra reference is removed
5162                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5163                               * guarantee that this queue is not freed
5164                               * until its group goes away.
5165                               */
5166                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5167                              bfqq, bfqq->ref);
5168                 *async_bfqq = bfqq;
5169         }
5170
5171 out:
5172         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5173         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5174         rcu_read_unlock();
5175         return bfqq;
5176 }
5177
5178 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5179                                     struct bfq_queue *bfqq)
5180 {
5181         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5182         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5183
5184         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5185
5186         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
5187         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5188         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5189                                      ttime->ttime_samples);
5190 }
5191
5192 static void
5193 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5194                        struct request *rq)
5195 {
5196         bfqq->seek_history <<= 1;
5197         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5198
5199         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5200             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5201             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq))
5202                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5203 }
5204
5205 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5206                                        struct bfq_queue *bfqq,
5207                                        struct bfq_io_cq *bic)
5208 {
5209         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5210
5211         /*
5212          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5213          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5214          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5215          */
5216         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5217             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5218                 return;
5219
5220         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5221         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5222                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5223                 return;
5224
5225         /* Think time is infinite if no process is linked to
5226          * bfqq. Otherwise check average think time to
5227          * decide whether to mark as has_short_ttime
5228          */
5229         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5230             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5231              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
5232                 has_short_ttime = false;
5233
5234         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5235
5236         if (has_short_ttime)
5237                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5238         else
5239                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5240
5241         /*
5242          * Until the base value for the total service time gets
5243          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5244          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5245          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5246          * short or long (details in the comments in
5247          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5248          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5249          * has changed and the above base value is still to be
5250          * computed.
5251          *
5252          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5253          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5254          * (inclusive) if the change is from short to long think
5255          * time. The reason for this waiting is as follows.
5256          *
5257          * bfqq may have a long think time because of a
5258          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5259          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5260          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5261          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5262          *
5263          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5264          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5265          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5266          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5267          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5268          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5269          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5270          * and in a severe loss of total throughput.
5271          *
5272          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5273          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5274          * bfqq to receive new I/O soon.
5275          *
5276          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5277          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5278          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5279          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5280          * would cause the body of the next if to be executed
5281          * immediately. But this would set to 0 the inject
5282          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5283          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5284          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5285          * of such a steady oscillation between the two think-time
5286          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5287          *
5288          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5289          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5290          * think time samples can grow significantly before the reset
5291          * is performed. As a consequence, the think time state can
5292          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5293          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5294          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5295          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5296          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5297          *
5298          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5299          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5300          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5301          * (as explained in the comments in
5302          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5303          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5304          * an effective handling of a synchronization, through
5305          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5306          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5307          * brought forward, because it is not blocked for
5308          * milliseconds.
5309          *
5310          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5311          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5312          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5313          * waker queue is defined in the comments in
5314          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5315          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5316          * of the waker queue unconditionally on every
5317          * bfq_dispatch_request().
5318          *
5319          * One last, important benefit of not resetting the inject
5320          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5321          * base value for the total service time is likely to get
5322          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5323          * its relation with the think time.
5324          */
5325         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5326             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5327                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5328              !has_short_ttime))
5329                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5330 }
5331
5332 /*
5333  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5334  * something we should do about it.
5335  */
5336 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5337                             struct request *rq)
5338 {
5339         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5340                 bfqq->meta_pending++;
5341
5342         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5343
5344         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5345                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5346                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5347                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5348
5349                 /*
5350                  * There is just this request queued: if
5351                  * - the request is small, and
5352                  * - we are idling to boost throughput, and
5353                  * - the queue is not to be expired,
5354                  * then just exit.
5355                  *
5356                  * In this way, if the device is being idled to wait
5357                  * for a new request from the in-service queue, we
5358                  * avoid unplugging the device and committing the
5359                  * device to serve just a small request. In contrast
5360                  * we wait for the block layer to decide when to
5361                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5362                  * merged to this one quickly, then the device will be
5363                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5364                  */
5365                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5366                     !budget_timeout)
5367                         return;
5368
5369                 /*
5370                  * A large enough request arrived, or idling is being
5371                  * performed to preserve service guarantees, or
5372                  * finally the queue is to be expired: in all these
5373                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5374                  * wait_request flag and reset timer.
5375                  */
5376                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5377                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5378
5379                 /*
5380                  * The queue is not empty, because a new request just
5381                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5382                  * case of budget timeout, without risking that the
5383                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5384                  * See [1] for more details.
5385                  */
5386                 if (budget_timeout)
5387                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5388                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5389         }
5390 }
5391
5392 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5393 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5394 {
5395         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5396                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
5397         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5398
5399         if (new_bfqq) {
5400                 /*
5401                  * Release the request's reference to the old bfqq
5402                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5403                  */
5404                 new_bfqq->allocated++;
5405                 bfqq->allocated--;
5406                 new_bfqq->ref++;
5407                 /*
5408                  * If the bic associated with the process
5409                  * issuing this request still points to bfqq
5410                  * (and thus has not been already redirected
5411                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5412                  * then complete the merge and redirect it to
5413                  * new_bfqq.
5414                  */
5415                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5416                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5417                                         bfqq, new_bfqq);
5418
5419                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5420                 /*
5421                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5422                  * release rq reference on bfqq
5423                  */
5424                 bfq_put_queue(bfqq);
5425                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5426                 bfqq = new_bfqq;
5427         }
5428
5429         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5430         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5431         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5432
5433         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5434         bfq_add_request(rq);
5435         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5436
5437         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5438         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5439
5440         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5441
5442         return idle_timer_disabled;
5443 }
5444
5445 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5446 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5447                                     struct bfq_queue *bfqq,
5448                                     bool idle_timer_disabled,
5449                                     unsigned int cmd_flags)
5450 {
5451         if (!bfqq)
5452                 return;
5453
5454         /*
5455          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5456          * either it is merged with another queue, or the process it
5457          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5458          * the same process currently executing this flow of
5459          * instructions.
5460          *
5461          * In addition, the following queue lock guarantees that
5462          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5463          */
5464         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5465         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5466         if (idle_timer_disabled)
5467                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5468         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5469 }
5470 #else
5471 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5472                                            struct bfq_queue *bfqq,
5473                                            bool idle_timer_disabled,
5474                                            unsigned int cmd_flags) {}
5475 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5476
5477 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5478                                bool at_head)
5479 {
5480         struct request_queue *q = hctx->queue;
5481         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5482         struct bfq_queue *bfqq;
5483         bool idle_timer_disabled = false;
5484         unsigned int cmd_flags;
5485
5486 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5487         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
5488                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
5489 #endif
5490         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5491         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5492                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5493                 return;
5494         }
5495
5496         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5497
5498         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
5499
5500         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5501         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5502         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
5503                 if (at_head)
5504                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5505                 else
5506                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5507         } else {
5508                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
5509                 /*
5510                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
5511                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
5512                  * redirected into a new queue.
5513                  */
5514                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5515
5516                 if (rq_mergeable(rq)) {
5517                         elv_rqhash_add(q, rq);
5518                         if (!q->last_merge)
5519                                 q->last_merge = rq;
5520                 }
5521         }
5522
5523         /*
5524          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
5525          * may disappear afterwards (for example, because of a request
5526          * merge).
5527          */
5528         cmd_flags = rq->cmd_flags;
5529
5530         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5531
5532         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
5533                                 cmd_flags);
5534 }
5535
5536 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
5537                                 struct list_head *list, bool at_head)
5538 {
5539         while (!list_empty(list)) {
5540                 struct request *rq;
5541
5542                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
5543                 list_del_init(&rq->queuelist);
5544                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
5545         }
5546 }
5547
5548 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
5549 {
5550         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5551
5552         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
5553                                        bfqd->rq_in_driver);
5554
5555         if (bfqd->hw_tag == 1)
5556                 return;
5557
5558         /*
5559          * This sample is valid if the number of outstanding requests
5560          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
5561          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
5562          * requests.
5563          */
5564         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5565                 return;
5566
5567         /*
5568          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
5569          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
5570          * case
5571          */
5572         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
5573             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
5574             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
5575             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5576                 return;
5577
5578         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
5579                 return;
5580
5581         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
5582         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
5583         bfqd->hw_tag_samples = 0;
5584
5585         bfqd->nonrot_with_queueing =
5586                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
5587 }
5588
5589 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
5590 {
5591         u64 now_ns;
5592         u32 delta_us;
5593
5594         bfq_update_hw_tag(bfqd);
5595
5596         bfqd->rq_in_driver--;
5597         bfqq->dispatched--;
5598
5599         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
5600                 /*
5601                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
5602                  * time at which the queue remains with no backlog and
5603                  * no outstanding request; used by the weight-raising
5604                  * mechanism).
5605                  */
5606                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
5607
5608                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
5609         }
5610
5611         now_ns = ktime_get_ns();
5612
5613         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
5614
5615         /*
5616          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
5617          * computing rate in next check.
5618          */
5619         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
5620
5621         /*
5622          * If the request took rather long to complete, and, according
5623          * to the maximum request size recorded, this completion latency
5624          * implies that the request was certainly served at a very low
5625          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
5626          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
5627          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
5628          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
5629          * taken:
5630          * - close the observation interval at the last (previous)
5631          *   request dispatch or completion
5632          * - compute rate, if possible, for that observation interval
5633          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
5634          *   re-initialization of the observation interval on next
5635          *   dispatch
5636          */
5637         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
5638            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
5639                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
5640                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
5641         bfqd->last_completion = now_ns;
5642         bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
5643
5644         /*
5645          * If we are waiting to discover whether the request pattern
5646          * of the task associated with the queue is actually
5647          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
5648          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
5649          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
5650          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
5651          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
5652          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
5653          * expires, if it still has in-flight requests.
5654          */
5655         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
5656             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5657             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
5658                 bfqq->soft_rt_next_start =
5659                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
5660
5661         /*
5662          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
5663          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
5664          */
5665         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
5666                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
5667                         if (bfqq->dispatched == 0)
5668                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
5669                         /*
5670                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
5671                          * if bfqq was in budget timeout or had no
5672                          * more requests (as controlled in the next
5673                          * conditional instructions). The reason for
5674                          * not expiring bfqq is as follows.
5675                          *
5676                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
5677                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
5678                          * implies that, even if no request arrives
5679                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
5680                          * bfqq will, however, not be expired on the
5681                          * completion event that causes bfqq->dispatch
5682                          * to reach zero. In contrast, on this event,
5683                          * bfqq will start enjoying device idling
5684                          * (I/O-dispatch plugging).
5685                          *
5686                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
5687                          * not have the chance to enjoy device idling
5688                          * when bfqq->dispatched finally reaches
5689                          * zero. This would expose bfqq to violation
5690                          * of its reserved service guarantees.
5691                          */
5692                         return;
5693                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
5694                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5695                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5696                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5697                          (bfqq->dispatched == 0 ||
5698                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
5699                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5700                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
5701         }
5702
5703         if (!bfqd->rq_in_driver)
5704                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5705 }
5706
5707 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
5708 {
5709         bfqq->allocated--;
5710
5711         bfq_put_queue(bfqq);
5712 }
5713
5714 /*
5715  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
5716  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
5717  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
5718  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
5719  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
5720  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
5721  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
5722  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
5723  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
5724  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
5725  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
5726  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
5727  * and the device can only consume the I/O already queued in its
5728  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
5729  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
5730  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
5731  * of I/O flowing through bfqq.
5732  *
5733  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
5734  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
5735  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
5736  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
5737  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
5738  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
5739  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
5740  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
5741  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
5742  * completed---remains lower than this limit.
5743  *
5744  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
5745  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
5746  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
5747  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
5748  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
5749  * injection on the service times of only the first requests of
5750  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
5751  * requests whose service time is affected most, because they are the
5752  * first to arrive after injection possibly occurred.
5753  *
5754  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
5755  * "total service time" of first requests. We define as total service
5756  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
5757  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
5758  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
5759  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
5760  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
5761  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
5762  * part of the injected requests during the service hole, then,
5763  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
5764  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
5765  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
5766  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
5767  * before R, some extra request still present in its queues. As a
5768  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
5769  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
5770  * requests with and without injection.
5771  *
5772  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
5773  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
5774  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
5775  * case, it updates the limit as described below:
5776  *
5777  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
5778  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
5779  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
5780  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
5781  *     ground for the next case. If the baseline has already been
5782  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
5783  *     than the previous value.
5784  *
5785  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
5786  *     requests. By comparing the total service time in this case with
5787  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
5788  *     current value of the limit is inflating the total service
5789  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
5790  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
5791  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
5792  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
5793  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
5794  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
5795  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
5796  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
5797  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
5798  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
5799  *
5800  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
5801  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
5802  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
5803  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
5804  *     baseline total service time may have changed, without measuring
5805  *     it again without injection. A more effective version of this
5806  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
5807  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
5808  *     the total service time with the current limit does happen to be
5809  *     too large.
5810  *
5811  * More details on each step are provided in the comments on the
5812  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
5813  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
5814  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
5815  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
5816  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
5817  */
5818 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
5819                                     struct bfq_queue *bfqq)
5820 {
5821         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
5822         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
5823
5824         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
5825                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
5826
5827                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
5828                         bfqq->inject_limit--;
5829                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5830                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
5831                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
5832                         bfqq->inject_limit++;
5833         }
5834
5835         /*
5836          * Either we still have to compute the base value for the
5837          * total service time, and there seem to be the right
5838          * conditions to do it, or we can lower the last base value
5839          * computed.
5840          *
5841          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
5842          * request in flight, because this function is in the code
5843          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
5844          * in particular, this function is executed before
5845          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
5846          */
5847         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
5848             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
5849                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
5850                         /*
5851                          * Now we certainly have a base value: make sure we
5852                          * start trying injection.
5853                          */
5854                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
5855                 }
5856                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5857         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
5858                 /*
5859                  * No I/O injected and no request still in service in
5860                  * the drive: these are the exact conditions for
5861                  * computing the base value of the total service time
5862                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
5863                  * rather variable. For example, it varies if the size
5864                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
5865                  * change.
5866                  */
5867                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5868
5869
5870         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
5871         bfqd->waited_rq = NULL;
5872         bfqd->rqs_injected = false;
5873 }
5874
5875 /*
5876  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
5877  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
5878  * particular, rq is considered completed from the point of view of
5879  * the scheduler.
5880  */
5881 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
5882 {
5883         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5884         struct bfq_data *bfqd;
5885
5886         /*
5887          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
5888          * checking whether the involved request is actually still
5889          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
5890          * following two checks make this function exit in case of
5891          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
5892          *
5893          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
5894          */
5895         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
5896                 return;
5897
5898         /*
5899          * rq either is not associated with any icq, or is an already
5900          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
5901          * a bfq_queue.
5902          */
5903         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
5904                 return;
5905
5906         bfqd = bfqq->bfqd;
5907
5908         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
5909                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
5910                                              rq->start_time_ns,
5911                                              rq->io_start_time_ns,
5912                                              rq->cmd_flags);
5913
5914         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
5915                 unsigned long flags;
5916
5917                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5918
5919                 if (rq == bfqd->waited_rq)
5920                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
5921
5922                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
5923                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5924
5925                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5926         } else {
5927                 /*
5928                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
5929                  * in which case we need to remove it (this should
5930                  * never happen in case of requeue). And we cannot
5931                  * defer such a check and removal, to avoid
5932                  * inconsistencies in the time interval from the end
5933                  * of this function to the start of the deferred work.
5934                  * This situation seems to occur only in process
5935                  * context, as a consequence of a merge. In the
5936                  * current version of the code, this implies that the
5937                  * lock is held.
5938                  */
5939
5940                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
5941                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5942                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5943                                                     rq->cmd_flags);
5944                 }
5945                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5946         }
5947
5948         /*
5949          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5950          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5951          * invoked again on this same request (see the check at the
5952          * beginning of the function). Probably, a better general
5953          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5954          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5955          * referred by that elevator.
5956          *
5957          * Resetting the following fields would break the
5958          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5959          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5960          * that re-insertions of requeued requests, without
5961          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5962          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5963          * queues).
5964          */
5965         rq->elv.priv[0] = NULL;
5966         rq->elv.priv[1] = NULL;
5967 }
5968
5969 /*
5970  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5971  * was the last process referring to that bfqq.
5972  */
5973 static struct bfq_queue *
5974 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5975 {
5976         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5977
5978         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5979                 bfqq->pid = current->pid;
5980                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5981                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5982                 return bfqq;
5983         }
5984
5985         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
5986
5987         bfq_put_cooperator(bfqq);
5988
5989         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
5990         return NULL;
5991 }
5992
5993 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
5994                                                    struct bfq_io_cq *bic,
5995                                                    struct bio *bio,
5996                                                    bool split, bool is_sync,
5997                                                    bool *new_queue)
5998 {
5999         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6000
6001         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6002                 return bfqq;
6003
6004         if (new_queue)
6005                 *new_queue = true;
6006
6007         if (bfqq)
6008                 bfq_put_queue(bfqq);
6009         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
6010
6011         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6012         if (split && is_sync) {
6013                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6014                     bic->saved_in_large_burst)
6015                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6016                 else {
6017                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6018                         if (bic->was_in_burst_list)
6019                                 /*
6020                                  * If bfqq was in the current
6021                                  * burst list before being
6022                                  * merged, then we have to add
6023                                  * it back. And we do not need
6024                                  * to increase burst_size, as
6025                                  * we did not decrement
6026                                  * burst_size when we removed
6027                                  * bfqq from the burst list as
6028                                  * a consequence of a merge
6029                                  * (see comments in
6030                                  * bfq_put_queue). In this
6031                                  * respect, it would be rather
6032                                  * costly to know whether the
6033                                  * current burst list is still
6034                                  * the same burst list from
6035                                  * which bfqq was removed on
6036                                  * the merge. To avoid this
6037                                  * cost, if bfqq was in a
6038                                  * burst list, then we add
6039                                  * bfqq to the current burst
6040                                  * list without any further
6041                                  * check. This can cause
6042                                  * inappropriate insertions,
6043                                  * but rarely enough to not
6044                                  * harm the detection of large
6045                                  * bursts significantly.
6046                                  */
6047                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6048                                                &bfqd->burst_list);
6049                 }
6050                 bfqq->split_time = jiffies;
6051         }
6052
6053         return bfqq;
6054 }
6055
6056 /*
6057  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6058  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6059  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6060  * preparation.
6061  */
6062 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
6063 {
6064         /*
6065          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6066          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6067          * previously allocated bic/bfqq structs.
6068          */
6069         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6070 }
6071
6072 /*
6073  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6074  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6075  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6076  * not associated with any bfq_queue.
6077  *
6078  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6079  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6080  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6081  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6082  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6083  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6084  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6085  * signal this transformation. As a consequence, should these
6086  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6087  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6088  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6089  * incremented some queue counters for an rq destined to
6090  * transformation, without any chance to correctly lower these
6091  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6092  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6093  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6094  */
6095 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6096 {
6097         struct request_queue *q = rq->q;
6098         struct bio *bio = rq->bio;
6099         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6100         struct bfq_io_cq *bic;
6101         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6102         struct bfq_queue *bfqq;
6103         bool new_queue = false;
6104         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6105
6106         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6107                 return NULL;
6108
6109         /*
6110          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6111          * for this rq. This holds true, because this function is
6112          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6113          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6114          * being removed from bfq.
6115          */
6116         if (rq->elv.priv[1])
6117                 return rq->elv.priv[1];
6118
6119         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6120
6121         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6122
6123         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6124
6125         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6126                                          &new_queue);
6127
6128         if (likely(!new_queue)) {
6129                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6130                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
6131                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
6132
6133                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6134                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6135                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6136
6137                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6138                         split = true;
6139
6140                         if (!bfqq)
6141                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6142                                                                  true, is_sync,
6143                                                                  NULL);
6144                         else
6145                                 bfqq_already_existing = true;
6146                 }
6147         }
6148
6149         bfqq->allocated++;
6150         bfqq->ref++;
6151         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6152                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6153
6154         rq->elv.priv[0] = bic;
6155         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6156
6157         /*
6158          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6159          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6160          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6161          * resume its state.
6162          */
6163         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6164                 bfqq->bic = bic;
6165                 if (split) {
6166                         /*
6167                          * The queue has just been split from a shared
6168                          * queue: restore the idle window and the
6169                          * possible weight raising period.
6170                          */
6171                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6172                                               bfqq_already_existing);
6173                 }
6174         }
6175
6176         /*
6177          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6178          * created queues only if:
6179          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6180          * or
6181          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6182          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6183          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6184          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6185          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6186          *    bfq_handle_burst().
6187          *
6188          * This filtering also helps eliminating false positives,
6189          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6190          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6191          * to trigger the creation of new queues very close to when
6192          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6193          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6194          * this issue.
6195          */
6196         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6197                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6198                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6199                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6200
6201         return bfqq;
6202 }
6203
6204 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
6205 {
6206         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
6207         enum bfqq_expiration reason;
6208         unsigned long flags;
6209
6210         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6211         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6212
6213         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6214                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6215                 return;
6216         }
6217
6218         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6219                 /*
6220                  * Also here the queue can be safely expired
6221                  * for budget timeout without wasting
6222                  * guarantees
6223                  */
6224                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6225         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6226                 /*
6227                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6228                  * because we may not disable the timer when the
6229                  * first request of the in-service queue arrives
6230                  * during disk idling.
6231                  */
6232                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6233         else
6234                 goto schedule_dispatch;
6235
6236         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6237
6238 schedule_dispatch:
6239         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6240         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6241 }
6242
6243 /*
6244  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6245  * is idling inside its time slice.
6246  */
6247 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6248 {
6249         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6250                                              idle_slice_timer);
6251         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6252
6253         /*
6254          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6255          * different from the queue that was idling if a new request
6256          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6257          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6258          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6259          * early.
6260          */
6261         if (bfqq)
6262                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
6263
6264         return HRTIMER_NORESTART;
6265 }
6266
6267 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6268                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6269 {
6270         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6271
6272         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6273         if (bfqq) {
6274                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6275
6276                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6277                              bfqq, bfqq->ref);
6278                 bfq_put_queue(bfqq);
6279                 *bfqq_ptr = NULL;
6280         }
6281 }
6282
6283 /*
6284  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6285  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6286  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6287  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6288  */
6289 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6290 {
6291         int i, j;
6292
6293         for (i = 0; i < 2; i++)
6294                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
6295                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6296
6297         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6298 }
6299
6300 /*
6301  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6302  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6303  */
6304 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6305                                       struct sbitmap_queue *bt)
6306 {
6307         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6308
6309         /*
6310          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6311          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6312          *
6313          * In next formulas, right-shift the value
6314          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6315          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6316          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6317          * limit 'something'.
6318          */
6319         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6320         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6321         /*
6322          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6323          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6324          * writes)
6325          */
6326         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6327
6328         /*
6329          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6330          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6331          * highest percentage for which, in our tests, application
6332          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6333          * shortage.
6334          */
6335         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6336         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6337         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6338         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6339
6340         for (i = 0; i < 2; i++)
6341                 for (j = 0; j < 2; j++)
6342                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6343
6344         return min_shallow;
6345 }
6346
6347 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6348 {
6349         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6350         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6351         unsigned int min_shallow;
6352
6353         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6354         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
6355 }
6356
6357 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6358 {
6359         bfq_depth_updated(hctx);
6360         return 0;
6361 }
6362
6363 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6364 {
6365         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6366         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6367
6368         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6369
6370         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6371         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6372                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6373         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6374
6375         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6376
6377 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6378         /* release oom-queue reference to root group */
6379         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6380
6381         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6382 #else
6383         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6384         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6385         kfree(bfqd->root_group);
6386         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6387 #endif
6388
6389         kfree(bfqd);
6390 }
6391
6392 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6393                                 struct bfq_data *bfqd)
6394 {
6395         int i;
6396
6397 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6398         root_group->entity.parent = NULL;
6399         root_group->my_entity = NULL;
6400         root_group->bfqd = bfqd;
6401 #endif
6402         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6403         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6404                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6405         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6406 }
6407
6408 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6409 {
6410         struct bfq_data *bfqd;
6411         struct elevator_queue *eq;
6412
6413         eq = elevator_alloc(q, e);
6414         if (!eq)
6415                 return -ENOMEM;
6416
6417         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6418         if (!bfqd) {
6419                 kobject_put(&eq->kobj);
6420                 return -ENOMEM;
6421         }
6422         eq->elevator_data = bfqd;
6423
6424         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6425         q->elevator = eq;
6426         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6427
6428         /*
6429          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6430          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6431          * will not attempt to free it.
6432          */
6433         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6434         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6435         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6436         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6437         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6438                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6439
6440         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6441         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6442
6443         /*
6444          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6445          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6446          * class won't be changed any more.
6447          */
6448         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6449
6450         bfqd->queue = q;
6451
6452         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6453
6454         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6455                      HRTIMER_MODE_REL);
6456         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
6457
6458         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
6459         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6460
6461         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6462         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6463         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6464
6465         bfqd->hw_tag = -1;
6466         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6467
6468         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6469
6470         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6471         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6472         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6473         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6474         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6475         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6476
6477         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
6478
6479         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6480         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6481
6482         bfqd->low_latency = true;
6483
6484         /*
6485          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6486          */
6487         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6488         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
6489         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
6490         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
6491         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
6492         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
6493                                               * Approximate rate required
6494                                               * to playback or record a
6495                                               * high-definition compressed
6496                                               * video.
6497                                               */
6498         bfqd->wr_busy_queues = 0;
6499
6500         /*
6501          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
6502          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
6503          */
6504         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
6505                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
6506         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
6507
6508         spin_lock_init(&bfqd->lock);
6509
6510         /*
6511          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
6512          * function is the head of a chain of function calls
6513          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
6514          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
6515          * has_work hook function. For this reason,
6516          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
6517          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
6518          * that can be initialized only after invoking
6519          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
6520          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
6521          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
6522          * from invoking further scheduler hooks before this init
6523          * function is finished.
6524          */
6525         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
6526         if (!bfqd->root_group)
6527                 goto out_free;
6528         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
6529         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
6530
6531         wbt_disable_default(q);
6532         return 0;
6533
6534 out_free:
6535         kfree(bfqd);
6536         kobject_put(&eq->kobj);
6537         return -ENOMEM;
6538 }
6539
6540 static void bfq_slab_kill(void)
6541 {
6542         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
6543 }
6544
6545 static int __init bfq_slab_setup(void)
6546 {
6547         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
6548         if (!bfq_pool)
6549                 return -ENOMEM;
6550         return 0;
6551 }
6552
6553 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
6554 {
6555         return sprintf(page, "%u\n", var);
6556 }
6557
6558 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
6559 {
6560         unsigned long new_val;
6561         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
6562
6563         if (ret)
6564                 return ret;
6565         *var = new_val;
6566         return 0;
6567 }
6568
6569 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
6570 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6571 {                                                                       \
6572         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6573         u64 __data = __VAR;                                             \
6574         if (__CONV == 1)                                                \
6575                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
6576         else if (__CONV == 2)                                           \
6577                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
6578         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6579 }
6580 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
6581 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
6582 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
6583 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
6584 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
6585 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
6586 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
6587 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
6588 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
6589 #undef SHOW_FUNCTION
6590
6591 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
6592 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6593 {                                                                       \
6594         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6595         u64 __data = __VAR;                                             \
6596         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
6597         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6598 }
6599 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
6600 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
6601
6602 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
6603 static ssize_t                                                          \
6604 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
6605 {                                                                       \
6606         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6607         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6608         int ret;                                                        \
6609                                                                         \
6610         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6611         if (ret)                                                        \
6612                 return ret;                                             \
6613         if (__data < __min)                                             \
6614                 __data = __min;                                         \
6615         else if (__data > __max)                                        \
6616                 __data = __max;                                         \
6617         if (__CONV == 1)                                                \
6618                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
6619         else if (__CONV == 2)                                           \
6620                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
6621         else                                                            \
6622                 *(__PTR) = __data;                                      \
6623         return count;                                                   \
6624 }
6625 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
6626                 INT_MAX, 2);
6627 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
6628                 INT_MAX, 2);
6629 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
6630 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
6631                 INT_MAX, 0);
6632 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
6633 #undef STORE_FUNCTION
6634
6635 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
6636 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
6637 {                                                                       \
6638         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6639         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6640         int ret;                                                        \
6641                                                                         \
6642         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6643         if (ret)                                                        \
6644                 return ret;                                             \
6645         if (__data < __min)                                             \
6646                 __data = __min;                                         \
6647         else if (__data > __max)                                        \
6648                 __data = __max;                                         \
6649         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
6650         return count;                                                   \
6651 }
6652 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
6653                     UINT_MAX);
6654 #undef USEC_STORE_FUNCTION
6655
6656 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
6657                                     const char *page, size_t count)
6658 {
6659         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6660         unsigned long __data;
6661         int ret;
6662
6663         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6664         if (ret)
6665                 return ret;
6666
6667         if (__data == 0)
6668                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6669         else {
6670                 if (__data > INT_MAX)
6671                         __data = INT_MAX;
6672                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
6673         }
6674
6675         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
6676
6677         return count;
6678 }
6679
6680 /*
6681  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
6682  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
6683  */
6684 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
6685                                       const char *page, size_t count)
6686 {
6687         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6688         unsigned long __data;
6689         int ret;
6690
6691         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6692         if (ret)
6693                 return ret;
6694
6695         if (__data < 1)
6696                 __data = 1;
6697         else if (__data > INT_MAX)
6698                 __data = INT_MAX;
6699
6700         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
6701         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
6702                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6703
6704         return count;
6705 }
6706
6707 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
6708                                      const char *page, size_t count)
6709 {
6710         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6711         unsigned long __data;
6712         int ret;
6713
6714         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6715         if (ret)
6716                 return ret;
6717
6718         if (__data > 1)
6719                 __data = 1;
6720         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
6721             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
6722                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
6723
6724         bfqd->strict_guarantees = __data;
6725
6726         return count;
6727 }
6728
6729 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
6730                                      const char *page, size_t count)
6731 {
6732         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6733         unsigned long __data;
6734         int ret;
6735
6736         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6737         if (ret)
6738                 return ret;
6739
6740         if (__data > 1)
6741                 __data = 1;
6742         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
6743                 bfq_end_wr(bfqd);
6744         bfqd->low_latency = __data;
6745
6746         return count;
6747 }
6748
6749 #define BFQ_ATTR(name) \
6750         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
6751
6752 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
6753         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
6754         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
6755         BFQ_ATTR(back_seek_max),
6756         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
6757         BFQ_ATTR(slice_idle),
6758         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
6759         BFQ_ATTR(max_budget),
6760         BFQ_ATTR(timeout_sync),
6761         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
6762         BFQ_ATTR(low_latency),
6763         __ATTR_NULL
6764 };
6765
6766 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
6767         .ops = {
6768                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
6769                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
6770                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
6771                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
6772                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
6773                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
6774                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
6775                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
6776                 .former_request         = elv_rb_former_request,
6777                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
6778                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
6779                 .request_merge          = bfq_request_merge,
6780                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
6781                 .request_merged         = bfq_request_merged,
6782                 .has_work               = bfq_has_work,
6783                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
6784                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
6785                 .init_sched             = bfq_init_queue,
6786                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
6787         },
6788
6789         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
6790         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
6791         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
6792         .elevator_name =        "bfq",
6793         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
6794 };
6795 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
6796
6797 static int __init bfq_init(void)
6798 {
6799         int ret;
6800
6801 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6802         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
6803         if (ret)
6804                 return ret;
6805 #endif
6806
6807         ret = -ENOMEM;
6808         if (bfq_slab_setup())
6809                 goto err_pol_unreg;
6810
6811         /*
6812          * Times to load large popular applications for the typical
6813          * systems installed on the reference devices (see the
6814          * comments before the definition of the next
6815          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
6816          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
6817          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
6818          * are computed over much shorter time intervals than the long
6819          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
6820          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
6821          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
6822          * be run for a long time.
6823          */
6824         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
6825         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
6826
6827         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
6828         if (ret)
6829                 goto slab_kill;
6830
6831         return 0;
6832
6833 slab_kill:
6834         bfq_slab_kill();
6835 err_pol_unreg:
6836 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6837         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6838 #endif
6839         return ret;
6840 }
6841
6842 static void __exit bfq_exit(void)
6843 {
6844         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
6845 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6846         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6847 #endif
6848         bfq_slab_kill();
6849 }
6850
6851 module_init(bfq_init);
6852 module_exit(bfq_exit);
6853
6854 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
6855 MODULE_LICENSE("GPL");
6856 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");