blk-mq: fix discard merge with scheduler attached
[platform/kernel/linux-rpi.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
60  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
61  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
62  * to 0.
63  *
64  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
65  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
66  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
67  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
68  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
69  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
70  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
71  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
72  *
73  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
74  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
75  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
76  * in [3].
77  *
78  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
79  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
80  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
81  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
82  *
83  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
84  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
85  *     Oct 1997.
86  *
87  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
88  *
89  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
90  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
91  *     Resource Allocation", technical report.
92  *
93  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
94  */
95 #include <linux/module.h>
96 #include <linux/slab.h>
97 #include <linux/blkdev.h>
98 #include <linux/cgroup.h>
99 #include <linux/elevator.h>
100 #include <linux/ktime.h>
101 #include <linux/rbtree.h>
102 #include <linux/ioprio.h>
103 #include <linux/sbitmap.h>
104 #include <linux/delay.h>
105
106 #include "blk.h"
107 #include "blk-mq.h"
108 #include "blk-mq-tag.h"
109 #include "blk-mq-sched.h"
110 #include "bfq-iosched.h"
111 #include "blk-wbt.h"
112
113 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
114 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
115 {                                                                       \
116         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
117 }                                                                       \
118 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
119 {                                                                       \
120         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
121 }                                                                       \
122 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
123 {                                                                       \
124         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
125 }
126
127 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
128 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
129 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
130 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
131 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
132 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
133 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
134 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
135 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
136 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
137 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
138 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
139 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
140
141 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
142 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
143
144 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
145 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
146
147 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
148 static const int bfq_back_penalty = 2;
149
150 /* Idling period duration, in ns. */
151 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
152
153 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
154 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
155
156 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
157 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
158
159 /*
160  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
161  * when an async request is served, the entity is charged the number
162  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
163  */
164 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
165
166 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
167 const int bfq_timeout = HZ / 8;
168
169 static struct kmem_cache *bfq_pool;
170
171 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
172 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
173
174 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
175 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
176 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
177
178 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
179 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
180 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
181 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 32/8)
182
183 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
184 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
185 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
186 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
187 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
188 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
189
190 /* Shift used for peak rate fixed precision calculations. */
191 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
192
193 /*
194  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
195  * interactive applications automatically, using the following formula:
196  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
197  * R and T are two reference parameters.
198  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see below),
199  * and T is a reference time: given the systems that are likely to be
200  * installed on the reference device according to its speed class, T is
201  * about the maximum time needed, under BFQ and while reading two files in
202  * parallel, to load typical large applications on these systems.
203  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less it
204  * takes to load applications with respect to the reference device.
205  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to interactive
206  * applications.
207  *
208  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
209  * . whether the device is rotational or non-rotational;
210  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
211  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
212  *
213  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
214  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
215  *
216  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
217  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
218  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
219  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
220  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
221  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
222  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
223  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
224  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
225  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
226  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
227  * and the process does sequential I/O).
228  *
229  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
230  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
231  */
232 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
233 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
234 /*
235  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
236  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
237  * function.
238  */
239 static int T_slow[2];
240 static int T_fast[2];
241 static int device_speed_thresh[2];
242
243 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
244 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
245
246 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
247 {
248         return bic->bfqq[is_sync];
249 }
250
251 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
252 {
253         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
254 }
255
256 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
257 {
258         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
259 }
260
261 /**
262  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
263  * @icq: the iocontext queue.
264  */
265 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
266 {
267         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
268         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
269 }
270
271 /**
272  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
273  * @bfqd: the lookup key.
274  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
275  * @q: the request queue.
276  */
277 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
278                                         struct io_context *ioc,
279                                         struct request_queue *q)
280 {
281         if (ioc) {
282                 unsigned long flags;
283                 struct bfq_io_cq *icq;
284
285                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
286                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
287                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
288
289                 return icq;
290         }
291
292         return NULL;
293 }
294
295 /*
296  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
297  * driver that will restart queueing.
298  */
299 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
300 {
301         if (bfqd->queued != 0) {
302                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
303                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
304         }
305 }
306
307 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
308 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
309
310 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
311
312 /*
313  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
314  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
315  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
316  */
317 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
318                                       struct request *rq1,
319                                       struct request *rq2,
320                                       sector_t last)
321 {
322         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
323         unsigned long back_max;
324 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
325 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
326         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
327
328         if (!rq1 || rq1 == rq2)
329                 return rq2;
330         if (!rq2)
331                 return rq1;
332
333         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
334                 return rq1;
335         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
336                 return rq2;
337         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
338                 return rq1;
339         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
340                 return rq2;
341
342         s1 = blk_rq_pos(rq1);
343         s2 = blk_rq_pos(rq2);
344
345         /*
346          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
347          */
348         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
349
350         /*
351          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
352          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
353          * similar forward seek.
354          */
355         if (s1 >= last)
356                 d1 = s1 - last;
357         else if (s1 + back_max >= last)
358                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
359         else
360                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
361
362         if (s2 >= last)
363                 d2 = s2 - last;
364         else if (s2 + back_max >= last)
365                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
366         else
367                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
368
369         /* Found required data */
370
371         /*
372          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
373          * check two variables for all permutations: --> faster!
374          */
375         switch (wrap) {
376         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
377                 if (d1 < d2)
378                         return rq1;
379                 else if (d2 < d1)
380                         return rq2;
381
382                 if (s1 >= s2)
383                         return rq1;
384                 else
385                         return rq2;
386
387         case BFQ_RQ2_WRAP:
388                 return rq1;
389         case BFQ_RQ1_WRAP:
390                 return rq2;
391         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
392         default:
393                 /*
394                  * Since both rqs are wrapped,
395                  * start with the one that's further behind head
396                  * (--> only *one* back seek required),
397                  * since back seek takes more time than forward.
398                  */
399                 if (s1 <= s2)
400                         return rq1;
401                 else
402                         return rq2;
403         }
404 }
405
406 static struct bfq_queue *
407 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
408                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
409                      struct rb_node ***rb_link)
410 {
411         struct rb_node **p, *parent;
412         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
413
414         parent = NULL;
415         p = &root->rb_node;
416         while (*p) {
417                 struct rb_node **n;
418
419                 parent = *p;
420                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
421
422                 /*
423                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
424                  * largest to the right.
425                  */
426                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
427                         n = &(*p)->rb_right;
428                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
429                         n = &(*p)->rb_left;
430                 else
431                         break;
432                 p = n;
433                 bfqq = NULL;
434         }
435
436         *ret_parent = parent;
437         if (rb_link)
438                 *rb_link = p;
439
440         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
441                 (unsigned long long)sector,
442                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
443
444         return bfqq;
445 }
446
447 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
448 {
449         struct rb_node **p, *parent;
450         struct bfq_queue *__bfqq;
451
452         if (bfqq->pos_root) {
453                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
454                 bfqq->pos_root = NULL;
455         }
456
457         if (bfq_class_idle(bfqq))
458                 return;
459         if (!bfqq->next_rq)
460                 return;
461
462         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
463         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
464                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
465         if (!__bfqq) {
466                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
467                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
468         } else
469                 bfqq->pos_root = NULL;
470 }
471
472 /*
473  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
474  */
475 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
476 {
477         /*
478          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
479          * at least two nodes.
480          */
481         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
482                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
483                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
484 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
485                ) ||
486                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
487                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
488                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
489 #endif
490                );
491 }
492
493 /*
494  * The following function returns true if every queue must receive the
495  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
496  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
497  * bfq_bfqq_may_idle()).
498  *
499  * Such a scenario occurs when:
500  * 1) all active queues have the same weight,
501  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
502  *    weight,
503  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
504  *    number of children.
505  *
506  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
507  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
508  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
509  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
510  * state:
511  * 1) all active queues have the same weight,
512  * 2) all active groups have the same weight,
513  * 3) all active groups have at most one active child each.
514  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
515  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
516  * to be maintained in this case.
517  */
518 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
519 {
520         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
521 }
522
523 /*
524  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
525  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
526  * increment the existing counter.
527  *
528  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
529  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
530  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
531  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
532  * are not inserted in the tree.
533  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
534  * should be low too.
535  */
536 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
537                           struct rb_root *root)
538 {
539         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
540
541         /*
542          * Do not insert if the entity is already associated with a
543          * counter, which happens if:
544          *   1) the entity is associated with a queue,
545          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
546          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
547          *      backlogged; in this respect, each of the two events
548          *      causes an invocation of this function,
549          *   3) this is the invocation of this function caused by the
550          *      second event. This second invocation is actually useless,
551          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
552          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
553          */
554         if (entity->weight_counter)
555                 return;
556
557         while (*new) {
558                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
559                                                 struct bfq_weight_counter,
560                                                 weights_node);
561                 parent = *new;
562
563                 if (entity->weight == __counter->weight) {
564                         entity->weight_counter = __counter;
565                         goto inc_counter;
566                 }
567                 if (entity->weight < __counter->weight)
568                         new = &((*new)->rb_left);
569                 else
570                         new = &((*new)->rb_right);
571         }
572
573         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
574                                          GFP_ATOMIC);
575
576         /*
577          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
578          * exit. This will cause the weight of entity to not be
579          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
580          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
581          * case entity's weight would have been the only weight making
582          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
583          * will however occur when entity becomes inactive again (the
584          * invocation of this function is triggered by an activation
585          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
586          * if !entity->weight_counter.
587          */
588         if (unlikely(!entity->weight_counter))
589                 return;
590
591         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
592         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
593         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
594
595 inc_counter:
596         entity->weight_counter->num_active++;
597 }
598
599 /*
600  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
601  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
602  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
603  * about overhead.
604  */
605 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
606                              struct rb_root *root)
607 {
608         if (!entity->weight_counter)
609                 return;
610
611         entity->weight_counter->num_active--;
612         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
613                 goto reset_entity_pointer;
614
615         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
616         kfree(entity->weight_counter);
617
618 reset_entity_pointer:
619         entity->weight_counter = NULL;
620 }
621
622 /*
623  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
624  */
625 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
626                                       struct request *last)
627 {
628         struct request *rq;
629
630         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
631                 return NULL;
632
633         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
634
635         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
636
637         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
638                 return NULL;
639
640         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
641         return rq;
642 }
643
644 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
645                                         struct bfq_queue *bfqq,
646                                         struct request *last)
647 {
648         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
649         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
650         struct request *next, *prev = NULL;
651
652         /* Follow expired path, else get first next available. */
653         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
654         if (next)
655                 return next;
656
657         if (rbprev)
658                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
659
660         if (rbnext)
661                 next = rb_entry_rq(rbnext);
662         else {
663                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
664                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
665                         next = rb_entry_rq(rbnext);
666         }
667
668         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
669 }
670
671 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
672 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
673                                         struct bfq_queue *bfqq)
674 {
675         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
676                 return blk_rq_sectors(rq);
677
678         /*
679          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
680          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
681          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
682          * for weight-raised queues.
683          */
684         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
685                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
686
687         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
688 }
689
690 /**
691  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
692  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
693  * @bfqq: the queue to update.
694  *
695  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
696  * has enough budget to serve at least its first request (if the
697  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
698  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
699  * rounds to actually get it dispatched.
700  */
701 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
702                                  struct bfq_queue *bfqq)
703 {
704         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
705         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
706         unsigned long new_budget;
707
708         if (!next_rq)
709                 return;
710
711         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
712                 /*
713                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
714                  * changed after an entity has been selected.
715                  */
716                 return;
717
718         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
719                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
720         if (entity->budget != new_budget) {
721                 entity->budget = new_budget;
722                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
723                                          new_budget);
724                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
725         }
726 }
727
728 static void
729 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
730                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
731 {
732         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
733         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
734
735         if (bic->saved_has_short_ttime)
736                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
737         else
738                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
739
740         if (bic->saved_IO_bound)
741                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
742         else
743                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
744
745         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
746         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
747         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
748         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
749         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
750
751         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
752             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
753                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
754                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
755                     "resume state: switching off wr");
756
757                 bfqq->wr_coeff = 1;
758         }
759
760         /* make sure weight will be updated, however we got here */
761         bfqq->entity.prio_changed = 1;
762
763         if (likely(!busy))
764                 return;
765
766         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
767                 bfqd->wr_busy_queues++;
768         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
769                 bfqd->wr_busy_queues--;
770 }
771
772 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
773 {
774         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
775 }
776
777 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
778 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
779 {
780         struct bfq_queue *item;
781         struct hlist_node *n;
782
783         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
784                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
785         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
786         bfqd->burst_size = 1;
787         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
788 }
789
790 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
791 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
792 {
793         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
794         bfqd->burst_size++;
795
796         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
797                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
798                 struct hlist_node *n;
799
800                 /*
801                  * Enough queues have been activated shortly after each
802                  * other to consider this burst as large.
803                  */
804                 bfqd->large_burst = true;
805
806                 /*
807                  * We can now mark all queues in the burst list as
808                  * belonging to a large burst.
809                  */
810                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
811                                      burst_list_node)
812                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
813                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
814
815                 /*
816                  * From now on, and until the current burst finishes, any
817                  * new queue being activated shortly after the last queue
818                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
819                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
820                  * needed any more. Remove it.
821                  */
822                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
823                                           burst_list_node)
824                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
825         } else /*
826                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
827                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
828                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
829                 * in put_queue.
830                 */
831                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
832 }
833
834 /*
835  * If many queues belonging to the same group happen to be created
836  * shortly after each other, then the processes associated with these
837  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
838  * creations are usually caused by services or applications that spawn
839  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
840  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
841  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
842  * or device idling to their queues.
843  *
844  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
845  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
846  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
847  * treated in a different way.
848  *
849  * The above services or applications benefit mostly from a high
850  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
851  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
852  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
853  * which also implies idling the device for it, is almost always
854  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
855  *
856  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
857  * the start of an application that does not consist of a lot of
858  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
859  * several short processes may need to be executed to start-up the
860  * application. In this respect, to start an application as quickly as
861  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
862  * related to the application with respect to all other
863  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
864  * an application that causes a burst of queue creations is to
865  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
866  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
867  *
868  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
869  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
870  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
871  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
872  * larger size than that threshold are apparently caused by
873  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
874  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
875  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
876  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
877  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
878  * exact choice depends on the device and request pattern at
879  * hand.
880  *
881  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
882  * is starting (e.g., an application is being started). The
883  * consequence is that the queues associated with the task do not
884  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
885  * are very rare. They typically occur if some service happens to
886  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
887  *
888  * Turning back to the next function, it implements all the steps
889  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
890  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
891  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
892  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
893  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
894  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
895  * steps are the following.
896  *
897  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
898  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
899  *
900  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
901  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
902  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
903  *   Q to the burst list
904  *
905  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
906  *   the large-burst threshold, then
907  *
908  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
909  *       large burst
910  *
911  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
912  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
913  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
914  *       previous sub-step), and now is not needed any more
915  *
916  *     . the device enters a large-burst mode
917  *
918  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
919  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
920  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
921  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
922  *   as belonging to a large burst.
923  *
924  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
925  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
926  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
927  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
928  *
929  *        . the large-burst mode is reset if set
930  *
931  *        . the burst list is emptied
932  *
933  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
934  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
935  *          after this step).
936  */
937 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
938 {
939         /*
940          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
941          * burst, or finally has just been split, then there is
942          * nothing else to do.
943          */
944         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
945             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
946             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
947                                      msecs_to_jiffies(10)))
948                 return;
949
950         /*
951          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
952          * a different group than the burst group, then the current
953          * burst is finished, and related data structures must be
954          * reset.
955          *
956          * In this respect, consider the special case where bfqq is
957          * the very first queue created after BFQ is selected for this
958          * device. In this case, last_ins_in_burst and
959          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
960          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
961          * following condition is true, bfqq will end up being
962          * inserted into the burst list. In particular the list will
963          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
964          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
965          * burst.
966          */
967         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
968             bfqd->bfq_burst_interval) ||
969             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
970                 bfqd->large_burst = false;
971                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
972                 goto end;
973         }
974
975         /*
976          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
977          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
978          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
979          */
980         if (bfqd->large_burst) {
981                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
982                 goto end;
983         }
984
985         /*
986          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
987          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
988          * queue. Then we add bfqq to the burst.
989          */
990         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
991 end:
992         /*
993          * At this point, bfqq either has been added to the current
994          * burst or has caused the current burst to terminate and a
995          * possible new burst to start. In particular, in the second
996          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
997          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
998          * forward.
999          */
1000         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1001 }
1002
1003 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1004 {
1005         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1006
1007         return entity->budget - entity->service;
1008 }
1009
1010 /*
1011  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1012  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1013  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1014  */
1015 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1016 {
1017         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1018                 return bfq_default_max_budget;
1019         else
1020                 return bfqd->bfq_max_budget;
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1025  * max budget (trying with 1/32)
1026  */
1027 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1028 {
1029         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1030                 return bfq_default_max_budget / 32;
1031         else
1032                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1037  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1038  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1039  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1040  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1041  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1042  * goals below.
1043  *
1044  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1045  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1046  * expired for one of the following two reasons:
1047  *
1048  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1049  *   and did not make it to issue a new request before its last
1050  *   request was served;
1051  *
1052  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1053  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1054  *
1055  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1056  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1057  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1058  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1059  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1060  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1061  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1062  * one full budget of another queue before being served again, then
1063  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1064  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1065  * to be taken.
1066  *
1067  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1068  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1069  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1070  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1071  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1072  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1073  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1074  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1075  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1076  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1077  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1078  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1079  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1080  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1081  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1082  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1083  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1084  * on this tricky aspect).
1085  *
1086  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1087  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1088  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1089  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1090  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1091  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1092  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1093  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1094  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1095  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1096  * causing a little loss of bandwidth.
1097  *
1098  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1099  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1100  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1101  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1102  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1103  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1104  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1105  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1106  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1107  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1108  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1109  * __bfq_activate_entity.
1110  *
1111  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1112  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1113  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1114  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1115  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1116  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1117  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1118  * outstanding requests mentioned above.
1119  *
1120  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1121  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1122  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1123  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1124  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1125  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1126  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1127  * know whether preemption is needed without needing to update service
1128  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1129  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1130  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1131  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1132  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1133  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1134  * be weight-raised.
1135  */
1136 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1137                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1138                                                 bool arrived_in_time,
1139                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1140 {
1141         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1142
1143         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1144                 /*
1145                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1146                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1147                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1148                  * cleared right after).
1149                  */
1150
1151                 /*
1152                  * In next assignment we rely on that either
1153                  * entity->service or entity->budget are not updated
1154                  * on expiration if bfqq is empty (see
1155                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1156                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1157                  * following statement therefore assigns to
1158                  * entity->budget the remaining budget on such an
1159                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1160                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1161                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1162                  * service (see bfq_get_next_queue).
1163                  */
1164                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1165                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1166                                        bfqq->max_budget);
1167
1168                 return true;
1169         }
1170
1171         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1172                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1173         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1174         return wr_or_deserves_wr;
1175 }
1176
1177 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1178 {
1179         u64 dur;
1180
1181         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1182                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1183
1184         dur = bfqd->RT_prod;
1185         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1186
1187         /*
1188          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
1189          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
1190          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
1191          * non-interactive and non-soft-real-time applications
1192          * preserve weight raising for a too long time interval.
1193          *
1194          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1195          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1196          * before weight-raising finishes.
1197          */
1198         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
1199                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
1200         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
1201                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
1202
1203         return dur;
1204 }
1205
1206 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1207                                              struct bfq_queue *bfqq,
1208                                              unsigned int old_wr_coeff,
1209                                              bool wr_or_deserves_wr,
1210                                              bool interactive,
1211                                              bool in_burst,
1212                                              bool soft_rt)
1213 {
1214         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1215                 /* start a weight-raising period */
1216                 if (interactive) {
1217                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1218                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1219                 } else {
1220                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = jiffies;
1221                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1222                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1223                         bfqq->wr_cur_max_time =
1224                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1225                 }
1226
1227                 /*
1228                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1229                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1230                  * scheduling-error component due to a too large
1231                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1232                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1233                  * too small budget either, to avoid increasing
1234                  * latency by causing too frequent expirations.
1235                  */
1236                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1237                                             bfqq->entity.budget,
1238                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1239         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1240                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1241                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1242                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1243                 } else if (in_burst)
1244                         bfqq->wr_coeff = 1;
1245                 else if (soft_rt) {
1246                         /*
1247                          * The application is now or still meeting the
1248                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1249                          * can then correctly and safely (re)charge
1250                          * the weight-raising duration for the
1251                          * application with the weight-raising
1252                          * duration for soft rt applications.
1253                          *
1254                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1255                          * before the weight-raising period for the
1256                          * application finishes, reduces the probability
1257                          * of the following negative scenario:
1258                          * 1) the weight of a soft rt application is
1259                          *    raised at startup (as for any newly
1260                          *    created application),
1261                          * 2) since the application is not interactive,
1262                          *    at a certain time weight-raising is
1263                          *    stopped for the application,
1264                          * 3) at that time the application happens to
1265                          *    still have pending requests, and hence
1266                          *    is destined to not have a chance to be
1267                          *    deemed soft rt before these requests are
1268                          *    completed (see the comments to the
1269                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1270                          *    for details on soft rt detection),
1271                          * 4) these pending requests experience a high
1272                          *    latency because the application is not
1273                          *    weight-raised while they are pending.
1274                          */
1275                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1276                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1277                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1278                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1279
1280                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1281                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1282                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1283                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1284                         }
1285                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1286                 }
1287         }
1288 }
1289
1290 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1291                                         struct bfq_queue *bfqq)
1292 {
1293         return bfqq->dispatched == 0 &&
1294                 time_is_before_jiffies(
1295                         bfqq->budget_timeout +
1296                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1297 }
1298
1299 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1300                                              struct bfq_queue *bfqq,
1301                                              int old_wr_coeff,
1302                                              struct request *rq,
1303                                              bool *interactive)
1304 {
1305         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1306                 bfqq_wants_to_preempt,
1307                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1308                 /*
1309                  * See the comments on
1310                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1311                  * details on the usage of the next variable.
1312                  */
1313                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1314                         bfqq->ttime.last_end_request +
1315                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1316
1317         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(RQ_BFQQ(rq)), bfqq, rq->cmd_flags);
1318
1319         /*
1320          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1321          * - it is sync,
1322          * - it does not belong to a large burst,
1323          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1324          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1325          */
1326         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1327         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1328                 !in_burst &&
1329                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1330         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1331         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1332                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1333                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1334                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1335
1336         /*
1337          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1338          * may want to preempt the in-service queue.
1339          */
1340         bfqq_wants_to_preempt =
1341                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1342                                                     arrived_in_time,
1343                                                     wr_or_deserves_wr);
1344
1345         /*
1346          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1347          * idle for much more than an interactive queue, then we
1348          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1349          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1350          * to be treated as a queue belonging to a burst
1351          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1352          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1353          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1354          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1355          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1356          * a burst.
1357          */
1358         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1359             idle_for_long_time &&
1360             time_is_before_jiffies(
1361                     bfqq->budget_timeout +
1362                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1363                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1364                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1365         }
1366
1367         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1368
1369
1370         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1371                 if (arrived_in_time) {
1372                         bfqq->requests_within_timer++;
1373                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1374                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1375                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1376                 } else
1377                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1378         }
1379
1380         if (bfqd->low_latency) {
1381                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1382                         /* wraparound */
1383                         bfqq->split_time =
1384                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1385
1386                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1387                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1388                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1389                                                          old_wr_coeff,
1390                                                          wr_or_deserves_wr,
1391                                                          *interactive,
1392                                                          in_burst,
1393                                                          soft_rt);
1394
1395                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1396                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1397                 }
1398         }
1399
1400         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1401         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1402         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1403
1404         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1405
1406         /*
1407          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1408          * for guarantees. In this respect, the function
1409          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1410          * condition, and not a sufficient condition based on
1411          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1412          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1413          * this operation is quite costly (see the comments on the
1414          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1415          */
1416         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1417             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1418             next_queue_may_preempt(bfqd))
1419                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1420                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1421 }
1422
1423 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1424 {
1425         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1426         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1427         struct request *next_rq, *prev;
1428         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1429         bool interactive = false;
1430
1431         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1432         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1433         bfqd->queued++;
1434
1435         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1436
1437         /*
1438          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1439          */
1440         prev = bfqq->next_rq;
1441         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1442         bfqq->next_rq = next_rq;
1443
1444         /*
1445          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1446          */
1447         if (prev != bfqq->next_rq)
1448                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1449
1450         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1451                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1452                                                  rq, &interactive);
1453         else {
1454                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1455                     time_is_before_jiffies(
1456                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1457                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1458                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1459                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1460
1461                         bfqd->wr_busy_queues++;
1462                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1463                 }
1464                 if (prev != bfqq->next_rq)
1465                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1466         }
1467
1468         /*
1469          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1470          * cases:
1471          *
1472          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1473          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1474          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1475          *   of information is used only for deciding whether to
1476          *   weight-raise async queues
1477          *
1478          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1479          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1480          *   stores the time when weight-raising starts
1481          *
1482          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1483          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1484          *   period must start or restart (this case is considered
1485          *   separately because it is not detected by the above
1486          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1487          *
1488          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1489          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1490          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1491          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1492          * needed.
1493          */
1494         if (bfqd->low_latency &&
1495                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1496                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1497 }
1498
1499 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1500                                           struct bio *bio,
1501                                           struct request_queue *q)
1502 {
1503         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1504
1505
1506         if (bfqq)
1507                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1508
1509         return NULL;
1510 }
1511
1512 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1513 {
1514         if (last_pos)
1515                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1516
1517         return 0;
1518 }
1519
1520 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1521 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1522 {
1523         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1524
1525         bfqd->rq_in_driver++;
1526 }
1527
1528 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1529 {
1530         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1531
1532         bfqd->rq_in_driver--;
1533 }
1534 #endif
1535
1536 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1537                                struct request *rq)
1538 {
1539         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1540         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1541         const int sync = rq_is_sync(rq);
1542
1543         if (bfqq->next_rq == rq) {
1544                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1545                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1546         }
1547
1548         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1549                 list_del_init(&rq->queuelist);
1550         bfqq->queued[sync]--;
1551         bfqd->queued--;
1552         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1553
1554         elv_rqhash_del(q, rq);
1555         if (q->last_merge == rq)
1556                 q->last_merge = NULL;
1557
1558         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1559                 bfqq->next_rq = NULL;
1560
1561                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1562                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1563                         /*
1564                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1565                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1566                          * bfqq->entity.budget must contain,
1567                          * respectively, the service received and the
1568                          * budget used last time bfqq emptied. These
1569                          * facts do not hold in this case, as at least
1570                          * this last removal occurred while bfqq is
1571                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1572                          * reset both bfqq->entity.service and
1573                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1574                          * process that may issue I/O requests to it.
1575                          */
1576                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1577                 }
1578
1579                 /*
1580                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1581                  */
1582                 if (bfqq->pos_root) {
1583                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1584                         bfqq->pos_root = NULL;
1585                 }
1586         }
1587
1588         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1589                 bfqq->meta_pending--;
1590
1591         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), rq->cmd_flags);
1592 }
1593
1594 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1595 {
1596         struct request_queue *q = hctx->queue;
1597         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1598         struct request *free = NULL;
1599         /*
1600          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1601          * store its return value for later use, to avoid nesting
1602          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1603          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1604          * bfqd->lock is taken.
1605          */
1606         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1607         bool ret;
1608
1609         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1610
1611         if (bic)
1612                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1613         else
1614                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1615         bfqd->bio_bic = bic;
1616
1617         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1618
1619         if (free)
1620                 blk_mq_free_request(free);
1621         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1622
1623         return ret;
1624 }
1625
1626 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1627                              struct bio *bio)
1628 {
1629         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1630         struct request *__rq;
1631
1632         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1633         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1634                 *req = __rq;
1635                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1636         }
1637
1638         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1639 }
1640
1641 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1642                                enum elv_merge type)
1643 {
1644         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1645             rb_prev(&req->rb_node) &&
1646             blk_rq_pos(req) <
1647             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1648                                     struct request, rb_node))) {
1649                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1650                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1651                 struct request *prev, *next_rq;
1652
1653                 /* Reposition request in its sort_list */
1654                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1655                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1656
1657                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1658                 prev = bfqq->next_rq;
1659                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1660                                          bfqd->last_position);
1661                 bfqq->next_rq = next_rq;
1662                 /*
1663                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1664                  * fit the new request and the queue's position in its
1665                  * rq_pos_tree.
1666                  */
1667                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1668                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1669                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1670                 }
1671         }
1672 }
1673
1674 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1675                                 struct request *next)
1676 {
1677         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1678
1679         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1680                 goto end;
1681         spin_lock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1682
1683         /*
1684          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1685          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1686          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1687          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1688          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1689          * which would most certainly be too expensive with respect to
1690          * the benefits.
1691          */
1692         if (bfqq == next_bfqq &&
1693             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1694             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1695                 list_del_init(&rq->queuelist);
1696                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1697                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1698         }
1699
1700         if (bfqq->next_rq == next)
1701                 bfqq->next_rq = rq;
1702
1703         bfq_remove_request(q, next);
1704
1705         spin_unlock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1706 end:
1707         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1708 }
1709
1710 /* Must be called with bfqq != NULL */
1711 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1712 {
1713         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1714                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1715         bfqq->wr_coeff = 1;
1716         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1717         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1718         /*
1719          * Trigger a weight change on the next invocation of
1720          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1721          */
1722         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1723 }
1724
1725 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1726                              struct bfq_group *bfqg)
1727 {
1728         int i, j;
1729
1730         for (i = 0; i < 2; i++)
1731                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1732                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1733                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1734         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1735                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1736 }
1737
1738 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1739 {
1740         struct bfq_queue *bfqq;
1741
1742         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1743
1744         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1745                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1746         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1747                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1748         bfq_end_wr_async(bfqd);
1749
1750         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1751 }
1752
1753 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1754 {
1755         if (request)
1756                 return blk_rq_pos(io_struct);
1757         else
1758                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1759 }
1760
1761 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1762                                   sector_t sector)
1763 {
1764         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1765                BFQQ_CLOSE_THR;
1766 }
1767
1768 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1769                                          struct bfq_queue *bfqq,
1770                                          sector_t sector)
1771 {
1772         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1773         struct rb_node *parent, *node;
1774         struct bfq_queue *__bfqq;
1775
1776         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1777                 return NULL;
1778
1779         /*
1780          * First, if we find a request starting at the end of the last
1781          * request, choose it.
1782          */
1783         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1784         if (__bfqq)
1785                 return __bfqq;
1786
1787         /*
1788          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1789          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1790          * next_request position).
1791          */
1792         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1793         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1794                 return __bfqq;
1795
1796         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1797                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1798         else
1799                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1800         if (!node)
1801                 return NULL;
1802
1803         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1804         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1805                 return __bfqq;
1806
1807         return NULL;
1808 }
1809
1810 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1811                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1812                                                    sector_t sector)
1813 {
1814         struct bfq_queue *bfqq;
1815
1816         /*
1817          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1818          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1819          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1820          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1821          * the best possible order for throughput.
1822          */
1823         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1824         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1825                 return NULL;
1826
1827         return bfqq;
1828 }
1829
1830 static struct bfq_queue *
1831 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1832 {
1833         int process_refs, new_process_refs;
1834         struct bfq_queue *__bfqq;
1835
1836         /*
1837          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1838          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1839          * may have dropped their last reference (not just their last process
1840          * reference).
1841          */
1842         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1843                 return NULL;
1844
1845         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1846         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1847                 if (__bfqq == bfqq)
1848                         return NULL;
1849                 new_bfqq = __bfqq;
1850         }
1851
1852         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1853         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1854         /*
1855          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1856          * sense in merging the queues.
1857          */
1858         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1859                 return NULL;
1860
1861         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1862                 new_bfqq->pid);
1863
1864         /*
1865          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1866          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1867          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1868          * first time that the requests of some process are redirected to
1869          * it.
1870          *
1871          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1872          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1873          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1874          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1875          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1876          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1877          *
1878          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1879          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1880          * best option, as we feed the in-service queue with new
1881          * requests close to the last request served and, by doing so,
1882          * are likely to increase the throughput.
1883          */
1884         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1885         new_bfqq->ref += process_refs;
1886         return new_bfqq;
1887 }
1888
1889 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1890                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1891 {
1892         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1893             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1894                 return false;
1895
1896         /*
1897          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1898          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1899          * sequential I/O.
1900          */
1901         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1902                 return false;
1903
1904         /*
1905          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1906          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1907          * queues.
1908          */
1909         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1910                 return false;
1911
1912         return true;
1913 }
1914
1915 /*
1916  * If this function returns true, then bfqq cannot be merged. The idea
1917  * is that true cooperation happens very early after processes start
1918  * to do I/O. Usually, late cooperations are just accidental false
1919  * positives. In case bfqq is weight-raised, such false positives
1920  * would evidently degrade latency guarantees for bfqq.
1921  */
1922 static bool wr_from_too_long(struct bfq_queue *bfqq)
1923 {
1924         return bfqq->wr_coeff > 1 &&
1925                 time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1926                                        msecs_to_jiffies(100));
1927 }
1928
1929 /*
1930  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1931  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1932  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1933  * structure otherwise.
1934  *
1935  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
1936  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
1937  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
1938  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
1939  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
1940  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
1941  *
1942  * Weight-raised queues can be merged only if their weight-raising
1943  * period has just started. In fact cooperating processes are usually
1944  * started together. Thus, with this filter we avoid false positives
1945  * that would jeopardize low-latency guarantees.
1946  *
1947  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
1948  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
1949  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
1950  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
1951  * requests than the ones produced by its originally-associated
1952  * process.
1953  */
1954 static struct bfq_queue *
1955 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1956                      void *io_struct, bool request)
1957 {
1958         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
1959
1960         if (bfqq->new_bfqq)
1961                 return bfqq->new_bfqq;
1962
1963         if (!io_struct ||
1964             wr_from_too_long(bfqq) ||
1965             unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1966                 return NULL;
1967
1968         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
1969         if (bfqd->busy_queues == 1)
1970                 return NULL;
1971
1972         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1973
1974         if (!in_service_bfqq || in_service_bfqq == bfqq
1975             || wr_from_too_long(in_service_bfqq) ||
1976             unlikely(in_service_bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1977                 goto check_scheduled;
1978
1979         if (bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
1980             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
1981             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
1982                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
1983                 if (new_bfqq)
1984                         return new_bfqq;
1985         }
1986         /*
1987          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
1988          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
1989          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
1990          */
1991 check_scheduled:
1992         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
1993                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
1994
1995         if (new_bfqq && !wr_from_too_long(new_bfqq) &&
1996             likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
1997             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
1998                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
1999
2000         return NULL;
2001 }
2002
2003 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2004 {
2005         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2006
2007         /*
2008          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2009          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2010          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2011          */
2012         if (!bic)
2013                 return;
2014
2015         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2016         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2017         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2018         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2019         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2020         bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2021         bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2022         bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2023         bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2024 }
2025
2026 static void
2027 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2028                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2029 {
2030         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2031                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2032         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2033         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2034         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2035         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2036                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2037         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2038
2039         /*
2040          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2041          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2042          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2043          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2044          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2045          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2046          * easy, thanks to the flag just_created.
2047          */
2048         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2049                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2050                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2051                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2052                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2053                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2054                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2055                         bfqd->wr_busy_queues++;
2056                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2057         }
2058
2059         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2060                 bfqq->wr_coeff = 1;
2061                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2062                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2063                         bfqd->wr_busy_queues--;
2064         }
2065
2066         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2067                      bfqd->wr_busy_queues);
2068
2069         /*
2070          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2071          */
2072         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2073         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2074         /*
2075          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2076          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2077          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2078          *   be set to NULL, or
2079          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2080          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2081          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2082          *   assignment causes no harm).
2083          */
2084         new_bfqq->bic = NULL;
2085         bfqq->bic = NULL;
2086         /* release process reference to bfqq */
2087         bfq_put_queue(bfqq);
2088 }
2089
2090 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2091                                 struct bio *bio)
2092 {
2093         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2094         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2095         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2096
2097         /*
2098          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2099          */
2100         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2101                 return false;
2102
2103         /*
2104          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2105          * merge only if rq is queued there.
2106          */
2107         if (!bfqq)
2108                 return false;
2109
2110         /*
2111          * We take advantage of this function to perform an early merge
2112          * of the queues of possible cooperating processes.
2113          */
2114         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2115         if (new_bfqq) {
2116                 /*
2117                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2118                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2119                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2120                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2121                  * and bfqq can be put.
2122                  */
2123                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2124                                 new_bfqq);
2125                 /*
2126                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2127                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2128                  * merged.
2129                  */
2130                 bfqq = new_bfqq;
2131
2132                 /*
2133                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2134                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2135                  * this function may be invoked again (and then may
2136                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2137                  */
2138                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2139         }
2140
2141         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2142 }
2143
2144 /*
2145  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2146  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2147  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2148  * processes.
2149  */
2150 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2151                                    struct bfq_queue *bfqq)
2152 {
2153         unsigned int timeout_coeff;
2154
2155         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2156                 timeout_coeff = 1;
2157         else
2158                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2159
2160         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2161
2162         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2163                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2164 }
2165
2166 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2167                                        struct bfq_queue *bfqq)
2168 {
2169         if (bfqq) {
2170                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqq_group(bfqq));
2171                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2172
2173                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2174
2175                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2176                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2177                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2178                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2179                         /*
2180                          * For soft real-time queues, move the start
2181                          * of the weight-raising period forward by the
2182                          * time the queue has not received any
2183                          * service. Otherwise, a relatively long
2184                          * service delay is likely to cause the
2185                          * weight-raising period of the queue to end,
2186                          * because of the short duration of the
2187                          * weight-raising period of a soft real-time
2188                          * queue.  It is worth noting that this move
2189                          * is not so dangerous for the other queues,
2190                          * because soft real-time queues are not
2191                          * greedy.
2192                          *
2193                          * To not add a further variable, we use the
2194                          * overloaded field budget_timeout to
2195                          * determine for how long the queue has not
2196                          * received service, i.e., how much time has
2197                          * elapsed since the queue expired. However,
2198                          * this is a little imprecise, because
2199                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2200                          * not only expires, but also remains with no
2201                          * request.
2202                          */
2203                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2204                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2205                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2206                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2207                         else
2208                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2209                 }
2210
2211                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2212                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2213                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2214                              bfqq->entity.budget);
2215         }
2216
2217         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2218 }
2219
2220 /*
2221  * Get and set a new queue for service.
2222  */
2223 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2224 {
2225         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2226
2227         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2228         return bfqq;
2229 }
2230
2231 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2232 {
2233         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2234         u32 sl;
2235
2236         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2237
2238         /*
2239          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2240          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2241          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2242          */
2243         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2244         /*
2245          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2246          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2247          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2248          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2249          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2250          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2251          * needed if the queue has a higher weight than some other
2252          * queue).
2253          */
2254         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2255             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2256                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2257
2258         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2259         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2260                       HRTIMER_MODE_REL);
2261         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2262 }
2263
2264 /*
2265  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2266  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2267  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2268  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2269  * this maximises throughput with sequential workloads.
2270  */
2271 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2272 {
2273         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2274                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2275 }
2276
2277 /*
2278  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2279  * function of the estimated peak rate. See comments on
2280  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2281  */
2282 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2283 {
2284         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2285
2286         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2287                 bfqd->bfq_max_budget =
2288                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2289
2290         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2291             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2292                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2293                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2294                         T_slow[dev_type];
2295         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2296                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2297                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2298                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2299                         T_fast[dev_type];
2300         }
2301
2302         bfq_log(bfqd,
2303 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2304                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2305                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2306                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2307                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2308                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2309                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2310                 BFQ_RATE_SHIFT);
2311 }
2312
2313 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2314                                        struct request *rq)
2315 {
2316         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2317                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2318                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2319                 bfqd->sequential_samples = 0;
2320                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2321                         blk_rq_sectors(rq);
2322         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2323                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2324
2325         bfq_log(bfqd,
2326                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2327                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2328                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2329 }
2330
2331 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2332 {
2333         u32 rate, weight, divisor;
2334
2335         /*
2336          * For the convergence property to hold (see comments on
2337          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2338          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2339          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2340          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2341          * for a new evaluation attempt.
2342          */
2343         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2344             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2345                 goto reset_computation;
2346
2347         /*
2348          * If a new request completion has occurred after last
2349          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2350          * have been served by the device, it is more precise to
2351          * extend the observation interval to the last completion.
2352          */
2353         bfqd->delta_from_first =
2354                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2355                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2356
2357         /*
2358          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2359          * precision issues.
2360          */
2361         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2362                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2363
2364         /*
2365          * Peak rate not updated if:
2366          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2367          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2368          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2369          */
2370         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2371              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2372                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2373                 goto reset_computation;
2374
2375         /*
2376          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2377          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2378          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2379          * measured rate.
2380          *
2381          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2382          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2383          * and to how long the observation time interval is.
2384          *
2385          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2386          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2387          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2388          * the measured rate contributes for half of the next value of
2389          * the estimated peak rate.
2390          *
2391          * So, the first step is to compute the weight as a function
2392          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2393          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2394          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2395          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2396          * incremented for the first sample.
2397          */
2398         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2399
2400         /*
2401          * Second step: further refine the weight as a function of the
2402          * duration of the observation interval.
2403          */
2404         weight = min_t(u32, 8,
2405                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2406                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2407
2408         /*
2409          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2410          * maximum weight.
2411          */
2412         divisor = 10 - weight;
2413
2414         /*
2415          * Finally, update peak rate:
2416          *
2417          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2418          */
2419         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2420         bfqd->peak_rate /= divisor;
2421         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2422
2423         bfqd->peak_rate += rate;
2424         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2425
2426 reset_computation:
2427         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2428 }
2429
2430 /*
2431  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2432  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2433  *
2434  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2435  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2436  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2437  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2438  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2439  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2440  * by the device.
2441  *
2442  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2443  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2444  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2445  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2446  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2447  * unknown, namely in-device request service rate.
2448  *
2449  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2450  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2451  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2452  * same requests are then served. But, since the size of any
2453  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2454  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2455  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2456  * closer and closer to the number of requests completed as the
2457  * observation interval grows. This is the key property used in
2458  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2459  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2460  * on every request dispatch.
2461  */
2462 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2463 {
2464         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2465
2466         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2467                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2468                         bfqd->peak_rate_samples);
2469                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2470                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2471         }
2472
2473         /*
2474          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2475          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2476          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2477          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2478          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2479          * taken:
2480          * - close the observation interval at the last (previous)
2481          *   request dispatch or completion
2482          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2483          * - start a new observation interval with this dispatch
2484          */
2485         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2486             bfqd->rq_in_driver == 0)
2487                 goto update_rate_and_reset;
2488
2489         /* Update sampling information */
2490         bfqd->peak_rate_samples++;
2491
2492         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2493                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2494              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2495                 bfqd->sequential_samples++;
2496
2497         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2498
2499         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2500         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2501                 bfqd->last_rq_max_size =
2502                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2503         else
2504                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2505
2506         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2507
2508         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2509         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2510                 goto update_last_values;
2511
2512 update_rate_and_reset:
2513         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2514 update_last_values:
2515         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2516         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2517 }
2518
2519 /*
2520  * Remove request from internal lists.
2521  */
2522 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2523 {
2524         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2525
2526         /*
2527          * For consistency, the next instruction should have been
2528          * executed after removing the request from the queue and
2529          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2530          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2531          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2532          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2533          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2534          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2535          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2536          * happens to be taken into account.
2537          */
2538         bfqq->dispatched++;
2539         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2540
2541         bfq_remove_request(q, rq);
2542 }
2543
2544 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2545 {
2546         /*
2547          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2548          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2549          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2550          * break the queues apart again.
2551          */
2552         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2553                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2554
2555         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2556                 if (bfqq->dispatched == 0)
2557                         /*
2558                          * Overloading budget_timeout field to store
2559                          * the time at which the queue remains with no
2560                          * backlog and no outstanding request; used by
2561                          * the weight-raising mechanism.
2562                          */
2563                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2564
2565                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2566         } else {
2567                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2568                 /*
2569                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2570                  */
2571                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2572         }
2573
2574         /*
2575          * All in-service entities must have been properly deactivated
2576          * or requeued before executing the next function, which
2577          * resets all in-service entites as no more in service.
2578          */
2579         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2580 }
2581
2582 /**
2583  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2584  * @bfqd: device data.
2585  * @bfqq: queue to update.
2586  * @reason: reason for expiration.
2587  *
2588  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2589  * See the body for detailed comments.
2590  */
2591 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2592                                      struct bfq_queue *bfqq,
2593                                      enum bfqq_expiration reason)
2594 {
2595         struct request *next_rq;
2596         int budget, min_budget;
2597
2598         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2599
2600         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2601                 budget = bfqq->max_budget;
2602         else /*
2603               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2604               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2605               * than the minimum possible budget, to cause a little
2606               * bit fewer expirations.
2607               */
2608                 budget = 2 * min_budget;
2609
2610         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2611                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2612         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2613                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2614         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2615                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2616
2617         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2618                 switch (reason) {
2619                 /*
2620                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2621                  * for throughput.
2622                  */
2623                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2624                         /*
2625                          * This is the only case where we may reduce
2626                          * the budget: if there is no request of the
2627                          * process still waiting for completion, then
2628                          * we assume (tentatively) that the timer has
2629                          * expired because the batch of requests of
2630                          * the process could have been served with a
2631                          * smaller budget.  Hence, betting that
2632                          * process will behave in the same way when it
2633                          * becomes backlogged again, we reduce its
2634                          * next budget.  As long as we guess right,
2635                          * this budget cut reduces the latency
2636                          * experienced by the process.
2637                          *
2638                          * However, if there are still outstanding
2639                          * requests, then the process may have not yet
2640                          * issued its next request just because it is
2641                          * still waiting for the completion of some of
2642                          * the still outstanding ones.  So in this
2643                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2644                          * contrary we increase it to possibly boost
2645                          * the throughput, as discussed in the
2646                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2647                          */
2648                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2649                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2650                         else {
2651                                 if (budget > 5 * min_budget)
2652                                         budget -= 4 * min_budget;
2653                                 else
2654                                         budget = min_budget;
2655                         }
2656                         break;
2657                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2658                         /*
2659                          * We double the budget here because it gives
2660                          * the chance to boost the throughput if this
2661                          * is not a seeky process (and has bumped into
2662                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2663                          */
2664                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2665                         break;
2666                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2667                         /*
2668                          * The process still has backlog, and did not
2669                          * let either the budget timeout or the disk
2670                          * idling timeout expire. Hence it is not
2671                          * seeky, has a short thinktime and may be
2672                          * happy with a higher budget too. So
2673                          * definitely increase the budget of this good
2674                          * candidate to boost the disk throughput.
2675                          */
2676                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2677                         break;
2678                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2679                         /*
2680                          * For queues that expire for this reason, it
2681                          * is particularly important to keep the
2682                          * budget close to the actual service they
2683                          * need. Doing so reduces the timestamp
2684                          * misalignment problem described in the
2685                          * comments in the body of
2686                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2687                          * that a queue systematically expires for
2688                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2689                          * new request in time to enjoy timestamp
2690                          * back-shifting. The larger the budget of the
2691                          * queue is with respect to the service the
2692                          * queue actually requests in each service
2693                          * slot, the more times the queue can be
2694                          * reactivated with the same virtual finish
2695                          * time. It follows that, even if this finish
2696                          * time is pushed to the system virtual time
2697                          * to reduce the consequent timestamp
2698                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2699                          * many re-activations a lower finish time
2700                          * than all newly activated queues.
2701                          *
2702                          * The service needed by bfqq is measured
2703                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2704                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2705                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2706                          * of sectors that the process associated with
2707                          * bfqq requested to read/write before waiting
2708                          * for request completions, or blocking for
2709                          * other reasons.
2710                          */
2711                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2712                         break;
2713                 default:
2714                         return;
2715                 }
2716         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2717                 /*
2718                  * Async queues get always the maximum possible
2719                  * budget, as for them we do not care about latency
2720                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2721                  * by the charging factor).
2722                  */
2723                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2724         }
2725
2726         bfqq->max_budget = budget;
2727
2728         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2729             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2730                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2731
2732         /*
2733          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2734          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2735          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2736          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2737          * update.
2738          *
2739          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2740          * it will be updated on the arrival of a new request.
2741          */
2742         next_rq = bfqq->next_rq;
2743         if (next_rq)
2744                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2745                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2746
2747         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2748                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2749                         bfqq->entity.budget);
2750 }
2751
2752 /*
2753  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2754  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2755  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2756  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2757  * on the function bfq_bfqq_expire().
2758  *
2759  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2760  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2761  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2762  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2763  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2764  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2765  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2766  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2767  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2768  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2769  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2770  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2771  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2772  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2773  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2774  * finishes.
2775  *
2776  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2777  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2778  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2779  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2780  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2781  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2782  */
2783 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2784                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2785                                  unsigned long *delta_ms)
2786 {
2787         ktime_t delta_ktime;
2788         u32 delta_usecs;
2789         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2790
2791         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2792                 return false;
2793
2794         if (compensate)
2795                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2796         else
2797                 delta_ktime = ktime_get();
2798         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2799         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2800
2801         /* don't use too short time intervals */
2802         if (delta_usecs < 1000) {
2803                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2804                          /*
2805                           * give same worst-case guarantees as idling
2806                           * for seeky
2807                           */
2808                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2809                 else /* charge at least one seek */
2810                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2811
2812                 return slow;
2813         }
2814
2815         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2816
2817         /*
2818          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2819          * spikes in service rate estimation.
2820          */
2821         if (delta_usecs > 20000) {
2822                 /*
2823                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2824                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2825                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2826                  * rate is likely to be an average over the disk
2827                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2828                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2829                  * its rate has been lower than half of the estimated
2830                  * peak rate.
2831                  */
2832                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2833         }
2834
2835         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2836
2837         return slow;
2838 }
2839
2840 /*
2841  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2842  * requirements. First, the application must not require an average
2843  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2844  * record a compressed high-definition video.
2845  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2846  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2847  * that, if the next request of the application does not arrive before
2848  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2849  *
2850  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2851  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2852  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2853  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2854  * and so on.
2855  * For this reason the next function is invoked to compute
2856  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2857  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2858  * not.
2859  *
2860  * Unfortunately, even a greedy application may happen to behave in an
2861  * isochronous way if the CPU load is high. In fact, the application may
2862  * stop issuing requests while the CPUs are busy serving other processes,
2863  * then restart, then stop again for a while, and so on. In addition, if
2864  * the disk achieves a low enough throughput with the request pattern
2865  * issued by the application (e.g., because the request pattern is random
2866  * and/or the device is slow), then the application may meet the above
2867  * bandwidth requirement too. To prevent such a greedy application to be
2868  * deemed as soft real-time, a further rule is used in the computation of
2869  * soft_rt_next_start: soft_rt_next_start must be higher than the current
2870  * time plus the maximum time for which the arrival of a request is waited
2871  * for when a sync queue becomes idle, namely bfqd->bfq_slice_idle.
2872  * This filters out greedy applications, as the latter issue instead their
2873  * next request as soon as possible after the last one has been completed
2874  * (in contrast, when a batch of requests is completed, a soft real-time
2875  * application spends some time processing data).
2876  *
2877  * Unfortunately, the last filter may easily generate false positives if
2878  * only bfqd->bfq_slice_idle is used as a reference time interval and one
2879  * or both the following cases occur:
2880  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or higher
2881  *    than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow devices with
2882  *    HZ=100.
2883  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
2884  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
2885  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
2886  * To address this issue, we do not use as a reference time interval just
2887  * bfqd->bfq_slice_idle, but bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In
2888  * particular we add the minimum number of jiffies for which the filter
2889  * seems to be quite precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual
2890  * machines.
2891  */
2892 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
2893                                                 struct bfq_queue *bfqq)
2894 {
2895         return max(bfqq->last_idle_bklogged +
2896                    HZ * bfqq->service_from_backlogged /
2897                    bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
2898                    jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
2899 }
2900
2901 /*
2902  * Return the farthest future time instant according to jiffies
2903  * macros.
2904  */
2905 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
2906 {
2907         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
2908 }
2909
2910 /*
2911  * Return the farthest past time instant according to jiffies
2912  * macros.
2913  */
2914 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
2915 {
2916         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
2917 }
2918
2919 /**
2920  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
2921  * @bfqd: device owning the queue.
2922  * @bfqq: the queue to expire.
2923  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
2924  * @reason: the reason causing the expiration.
2925  *
2926  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
2927  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
2928  * in service instead of the service it has received (see
2929  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
2930  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
2931  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
2932  * received more service than what it has actually received. In the
2933  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
2934  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
2935  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
2936  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
2937  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
2938  * charge bfqq exactly with the service it has received.
2939  *
2940  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
2941  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
2942  * former on a timeslice basis, without violating service domain
2943  * guarantees among the latter.
2944  */
2945 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
2946                      struct bfq_queue *bfqq,
2947                      bool compensate,
2948                      enum bfqq_expiration reason)
2949 {
2950         bool slow;
2951         unsigned long delta = 0;
2952         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
2953         int ref;
2954
2955         /*
2956          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
2957          */
2958         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
2959
2960         /*
2961          * Increase service_from_backlogged before next statement,
2962          * because the possible next invocation of
2963          * bfq_bfqq_charge_time would likely inflate
2964          * entity->service. In contrast, service_from_backlogged must
2965          * contain real service, to enable the soft real-time
2966          * heuristic to correctly compute the bandwidth consumed by
2967          * bfqq.
2968          */
2969         bfqq->service_from_backlogged += entity->service;
2970
2971         /*
2972          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
2973          * timed-out queues with the time and not the service
2974          * received, to favor sequential workloads.
2975          *
2976          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
2977          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
2978          * estimated peak rate is actually an average over the disk
2979          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
2980          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
2981          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
2982          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
2983          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
2984          * or quasi-sequential processes.
2985          */
2986         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
2987             (slow ||
2988              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
2989               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
2990                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
2991
2992         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
2993             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
2994                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2995
2996         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
2997                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2998
2999         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3000             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3001                 /*
3002                  * If we get here, and there are no outstanding
3003                  * requests, then the request pattern is isochronous
3004                  * (see the comments on the function
3005                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3006                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3007                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3008                  * the completion of all the outstanding requests to
3009                  * discover whether the request pattern is actually
3010                  * isochronous.
3011                  */
3012                 if (bfqq->dispatched == 0)
3013                         bfqq->soft_rt_next_start =
3014                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3015                 else {
3016                         /*
3017                          * The application is still waiting for the
3018                          * completion of one or more requests:
3019                          * prevent it from possibly being incorrectly
3020                          * deemed as soft real-time by setting its
3021                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3022                          * without this assignment, the application
3023                          * would be incorrectly deemed as soft
3024                          * real-time if:
3025                          * 1) it issued a new request before the
3026                          *    completion of all its in-flight
3027                          *    requests, and
3028                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3029                          *    happened to be in the past.
3030                          */
3031                         bfqq->soft_rt_next_start =
3032                                 bfq_greatest_from_now();
3033                         /*
3034                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3035                          * the task may be discovered to be isochronous.
3036                          */
3037                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3038                 }
3039         }
3040
3041         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3042                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3043                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3044
3045         /*
3046          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3047          * reason.
3048          */
3049         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3050         ref = bfqq->ref;
3051         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3052
3053         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3054         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3055             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3056             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3057                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3058 }
3059
3060 /*
3061  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3062  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3063  * idle timer expirations.
3064  */
3065 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3066 {
3067         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3068 }
3069
3070 /*
3071  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3072  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3073  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3074  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3075  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3076  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3077  */
3078 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3079 {
3080         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3081                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3082                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3083                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3084                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3085
3086         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3087                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3088                 &&
3089                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3090 }
3091
3092 /*
3093  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3094  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3095  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3096  * service guarantees, the return value of this function plays a
3097  * critical role in both these aspects as well.
3098  *
3099  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3100  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3101  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3102  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3103  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3104  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3105  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3106  * issue.
3107  *
3108  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3109  * first, computing a number of boolean variables that take into
3110  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3111  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3112  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3113  * individually while introducing the variables.
3114  */
3115 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3116 {
3117         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3118         bool rot_without_queueing =
3119                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3120                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3121                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3122                 idling_needed_for_service_guarantees,
3123                 asymmetric_scenario;
3124
3125         if (bfqd->strict_guarantees)
3126                 return true;
3127
3128         /*
3129          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3130          * do not idle if
3131          * (a) bfqq is async
3132          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3133          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3134          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3135          */
3136         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3137             bfq_class_idle(bfqq))
3138                 return false;
3139
3140         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3141                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3142
3143         /*
3144          * The next variable takes into account the cases where idling
3145          * boosts the throughput.
3146          *
3147          * The value of the variable is computed considering, first, that
3148          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3149          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3150          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3151          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3152          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3153          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3154          *     I/O-bound and sequential.
3155          *
3156          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3157          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3158          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3159          * the throughput in proportion to how fast the device
3160          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3161          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3162          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3163          * flash-based device.
3164          */
3165         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3166                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3167                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3168
3169         /*
3170          * The value of the next variable,
3171          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3172          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3173          * special case, described below, idling may cause problems to
3174          * weight-raised queues.
3175          *
3176          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3177          * of write hogs), if the processes associated with
3178          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3179          * then processes associated with weight-raised queues have a
3180          * higher probability to get a request from the pool
3181          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3182          * they have a higher probability to actually get a fraction
3183          * of the device throughput proportional to their high
3184          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3185          * which enqueue several requests in advance, and further
3186          * reorder internally-queued requests.
3187          *
3188          * For this reason, we force to false the value of
3189          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3190          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3191          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3192          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3193          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3194          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3195          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3196          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3197          * to ask for a lower number of requests from the request
3198          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3199          * again. This often mitigates starvation problems in the
3200          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3201          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3202          * in these hostile scenarios.
3203          */
3204         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3205                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3206
3207         /*
3208          * There is then a case where idling must be performed not
3209          * for throughput concerns, but to preserve service
3210          * guarantees.
3211          *
3212          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3213          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3214          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3215          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3216          * actual request service order. In particular, the critical
3217          * situation is when requests from different processes happen
3218          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3219          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3220          * the service order of the internally-queued requests, does
3221          * determine also the actual throughput distribution among
3222          * these processes. But the drive typically has no notion or
3223          * concern about per-process throughput distribution, and
3224          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3225          * the service distribution enforced by the drive's internal
3226          * scheduler is likely to coincide with the desired
3227          * device-throughput distribution only in a completely
3228          * symmetric scenario where:
3229          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3230          *      the others;
3231          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3232                 (either sequential or random).
3233          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3234          * the requests of each of these processes in about the same
3235          * way as the requests of the others, and thus to provide
3236          * each of these processes with about the same throughput
3237          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3238          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3239          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3240          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3241          * details).
3242          *
3243          * We address this issue by controlling, actually, only the
3244          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3245          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3246          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3247          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3248          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3249          * many requests, possibly of several processes. The reason
3250          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3251          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3252          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3253          * explained in the next two paragraphs.
3254          *
3255          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3256          * can still preempt the new in-service queue if the next
3257          * request of Q arrives soon (see the comments on
3258          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3259          * groups have the same weight, this form of preemption,
3260          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3261          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3262          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3263          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3264          * idling allows the internal queues of the device to contain
3265          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3266          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3267          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3268          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3269          * service guarantees are preserved without minimally
3270          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3271          * throughput and its desired distribution are obtained.
3272          *
3273          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3274          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3275          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3276          * that there are two queues with the same weight, but that
3277          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3278          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3279          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3280          * most one request at a time, which implies that each queue
3281          * always remains idle after it is served. Finally, after
3282          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3283          * request. It follows that the two queues are served
3284          * alternatively, preempting each other if needed. This
3285          * implies that, although both queues have the same weight,
3286          * the queue with large requests receives a service that is
3287          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3288          * queue.
3289          *
3290          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3291          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3292          * following queues, which are likely to need stronger
3293          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3294          * with a higher weight than other queues. When such queues
3295          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3296          * device idling.
3297          *
3298          * According to the above considerations, the next variable is
3299          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3300          * value of this variable, we not only use the return value of
3301          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3302          * whether bfqq is being weight-raised, because
3303          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3304          * weight-raised queues (see comments on
3305          * bfq_weights_tree_add()).
3306          *
3307          * As a side note, it is worth considering that the above
3308          * device-idling countermeasures may however fail in the
3309          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3310          * disabled in a time period during which all symmetry
3311          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3312          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3313          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3314          * to let requests be served in the desired order until all
3315          * the requests already queued in the device have been served.
3316          */
3317         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3318                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3319
3320         /*
3321          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3322          * best choice even if it may cause unfairness toward
3323          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3324          * queue activations. Queues that became active during a large
3325          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3326          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3327          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3328          * then the device must no be idled, because not idling the
3329          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3330          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3331          * now establish when idling is actually needed to preserve
3332          * service guarantees.
3333          */
3334         idling_needed_for_service_guarantees =
3335                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3336
3337         /*
3338          * We have now all the components we need to compute the
3339          * return value of the function, which is true only if idling
3340          * either boosts the throughput (without issues), or is
3341          * necessary to preserve service guarantees.
3342          */
3343         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3344                 idling_needed_for_service_guarantees;
3345 }
3346
3347 /*
3348  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3349  * returns true, then:
3350  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3351  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3352  *    request for the queue.
3353  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3354  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3355  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3356  * returns true.
3357  */
3358 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3359 {
3360         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3361 }
3362
3363 /*
3364  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3365  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3366  */
3367 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3368 {
3369         struct bfq_queue *bfqq;
3370         struct request *next_rq;
3371         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3372
3373         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3374         if (!bfqq)
3375                 goto new_queue;
3376
3377         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3378
3379         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3380             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3381             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3382                 goto expire;
3383
3384 check_queue:
3385         /*
3386          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3387          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3388          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3389          * request served.
3390          */
3391         next_rq = bfqq->next_rq;
3392         /*
3393          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3394          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3395          */
3396         if (next_rq) {
3397                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3398                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3399                         /*
3400                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3401                          * which makes sure that the next budget is
3402                          * enough to serve the next request, even if
3403                          * it comes from the fifo expired path.
3404                          */
3405                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3406                         goto expire;
3407                 } else {
3408                         /*
3409                          * The idle timer may be pending because we may
3410                          * not disable disk idling even when a new request
3411                          * arrives.
3412                          */
3413                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3414                                 /*
3415                                  * If we get here: 1) at least a new request
3416                                  * has arrived but we have not disabled the
3417                                  * timer because the request was too small,
3418                                  * 2) then the block layer has unplugged
3419                                  * the device, causing the dispatch to be
3420                                  * invoked.
3421                                  *
3422                                  * Since the device is unplugged, now the
3423                                  * requests are probably large enough to
3424                                  * provide a reasonable throughput.
3425                                  * So we disable idling.
3426                                  */
3427                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3428                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3429                                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3430                         }
3431                         goto keep_queue;
3432                 }
3433         }
3434
3435         /*
3436          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3437          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3438          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3439          */
3440         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3441             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3442                 bfqq = NULL;
3443                 goto keep_queue;
3444         }
3445
3446         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3447 expire:
3448         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3449 new_queue:
3450         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3451         if (bfqq) {
3452                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3453                 goto check_queue;
3454         }
3455 keep_queue:
3456         if (bfqq)
3457                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3458         else
3459                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3460
3461         return bfqq;
3462 }
3463
3464 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3465 {
3466         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3467
3468         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3469                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3470                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3471                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3472                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3473                         bfqq->wr_coeff,
3474                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3475
3476                 if (entity->prio_changed)
3477                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3478
3479                 /*
3480                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3481                  * time has elapsed from the beginning of this
3482                  * weight-raising period, then end weight raising.
3483                  */
3484                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3485                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3486                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3487                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3488                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3489                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3490                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3491                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3492                         else {
3493                                 /* switch back to interactive wr */
3494                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
3495                                 bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
3496                                 bfqq->last_wr_start_finish =
3497                                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3498                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3499                         }
3500                 }
3501         }
3502         /*
3503          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3504          * update weight both if it must be raised and if it must be
3505          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3506          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3507          * next function with the last parameter unset (see the
3508          * comments on the function).
3509          */
3510         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3511                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3512                                                 entity, false);
3513 }
3514
3515 /*
3516  * Dispatch next request from bfqq.
3517  */
3518 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3519                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3520 {
3521         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3522         unsigned long service_to_charge;
3523
3524         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3525
3526         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3527
3528         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3529
3530         /*
3531          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3532          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3533          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3534          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3535          * weight-raised during this service slot, even if it has
3536          * received part or even most of the service as a
3537          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3538          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3539          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3540          */
3541         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3542
3543         /*
3544          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3545          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3546          * service.
3547          */
3548         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3549                 goto expire;
3550
3551         return rq;
3552
3553 expire:
3554         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3555         return rq;
3556 }
3557
3558 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3559 {
3560         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3561
3562         /*
3563          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3564          * most a call to dispatch for nothing
3565          */
3566         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3567                 bfqd->busy_queues > 0;
3568 }
3569
3570 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3571 {
3572         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3573         struct request *rq = NULL;
3574         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3575
3576         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3577                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3578                                       queuelist);
3579                 list_del_init(&rq->queuelist);
3580
3581                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3582
3583                 if (bfqq) {
3584                         /*
3585                          * Increment counters here, because this
3586                          * dispatch does not follow the standard
3587                          * dispatch flow (where counters are
3588                          * incremented)
3589                          */
3590                         bfqq->dispatched++;
3591
3592                         goto inc_in_driver_start_rq;
3593                 }
3594
3595                 /*
3596                  * We exploit the put_rq_private hook to decrement
3597                  * rq_in_driver, but put_rq_private will not be
3598                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3599                  * just start this request, without incrementing
3600                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3601                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3602                  * while this request is in service. This may cause
3603                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3604                  *
3605                  * As for implementing an exact solution, the
3606                  * put_request hook, if defined, is probably invoked
3607                  * also on this request. So, by exploiting this hook,
3608                  * we could 1) increment rq_in_driver here, and 2)
3609                  * decrement it in put_request. Such a solution would
3610                  * let the value of the counter be always accurate,
3611                  * but it would entail using an extra interface
3612                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3613                  * being the frequency of non-elevator-private
3614                  * requests very low.
3615                  */
3616                 goto start_rq;
3617         }
3618
3619         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3620
3621         if (bfqd->busy_queues == 0)
3622                 goto exit;
3623
3624         /*
3625          * Force device to serve one request at a time if
3626          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3627          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3628          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3629          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3630          * some unlucky request wait for as long as the device
3631          * wishes.
3632          *
3633          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3634          * throughput.
3635          */
3636         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3637                 goto exit;
3638
3639         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3640         if (!bfqq)
3641                 goto exit;
3642
3643         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3644
3645         if (rq) {
3646 inc_in_driver_start_rq:
3647                 bfqd->rq_in_driver++;
3648 start_rq:
3649                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3650         }
3651 exit:
3652         return rq;
3653 }
3654
3655 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3656 {
3657         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3658         struct request *rq;
3659
3660         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3661
3662         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3663         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3664
3665         return rq;
3666 }
3667
3668 /*
3669  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3670  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3671  *
3672  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3673  * this function on it.
3674  */
3675 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3676 {
3677 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3678         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3679 #endif
3680
3681         if (bfqq->bfqd)
3682                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3683                              bfqq, bfqq->ref);
3684
3685         bfqq->ref--;
3686         if (bfqq->ref)
3687                 return;
3688
3689         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
3690                 /*
3691                  * The fact that this queue is being destroyed does not
3692                  * invalidate the fact that this queue may have been
3693                  * activated during the current burst. As a consequence,
3694                  * although the queue does not exist anymore, and hence
3695                  * needs to be removed from the burst list if there,
3696                  * the burst size has not to be decremented.
3697                  */
3698                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3699
3700         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3701 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3702         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3703 #endif
3704 }
3705
3706 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3707 {
3708         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3709
3710         /*
3711          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3712          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3713          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3714          */
3715         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3716         while (__bfqq) {
3717                 if (__bfqq == bfqq)
3718                         break;
3719                 next = __bfqq->new_bfqq;
3720                 bfq_put_queue(__bfqq);
3721                 __bfqq = next;
3722         }
3723 }
3724
3725 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3726 {
3727         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3728                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3729                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3730         }
3731
3732         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3733
3734         bfq_put_cooperator(bfqq);
3735
3736         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3737 }
3738
3739 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3740 {
3741         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3742         struct bfq_data *bfqd;
3743
3744         if (bfqq)
3745                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3746
3747         if (bfqq && bfqd) {
3748                 unsigned long flags;
3749
3750                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3751                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3752                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3753                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3754         }
3755 }
3756
3757 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3758 {
3759         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3760
3761         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3762         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3763 }
3764
3765 /*
3766  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3767  * be used until the next (re)activation.
3768  */
3769 static void
3770 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3771 {
3772         struct task_struct *tsk = current;
3773         int ioprio_class;
3774         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3775
3776         if (!bfqd)
3777                 return;
3778
3779         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3780         switch (ioprio_class) {
3781         default:
3782                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3783                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3784                 /* fall through */
3785         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3786                 /*
3787                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3788                  */
3789                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3790                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3791                 break;
3792         case IOPRIO_CLASS_RT:
3793                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3794                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3795                 break;
3796         case IOPRIO_CLASS_BE:
3797                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3798                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3799                 break;
3800         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3801                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3802                 bfqq->new_ioprio = 7;
3803                 break;
3804         }
3805
3806         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3807                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3808                         bfqq->new_ioprio);
3809                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
3810         }
3811
3812         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3813         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3814 }
3815
3816 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3817                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3818                                        struct bfq_io_cq *bic);
3819
3820 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3821 {
3822         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3823         struct bfq_queue *bfqq;
3824         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
3825
3826         /*
3827          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
3828          * drop the lock before returning.
3829          */
3830         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
3831                 return;
3832
3833         bic->ioprio = ioprio;
3834
3835         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
3836         if (bfqq) {
3837                 /* release process reference on this queue */
3838                 bfq_put_queue(bfqq);
3839                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
3840                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
3841         }
3842
3843         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
3844         if (bfqq)
3845                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3846 }
3847
3848 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3849                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
3850 {
3851         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
3852         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
3853         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
3854
3855         bfqq->ref = 0;
3856         bfqq->bfqd = bfqd;
3857
3858         if (bic)
3859                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3860
3861         if (is_sync) {
3862                 /*
3863                  * No need to mark as has_short_ttime if in
3864                  * idle_class, because no device idling is performed
3865                  * for queues in idle class
3866                  */
3867                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
3868                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
3869                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3870                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
3871                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
3872         } else
3873                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
3874
3875         /* set end request to minus infinity from now */
3876         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
3877
3878         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
3879
3880         bfqq->pid = pid;
3881
3882         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
3883         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
3884         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
3885
3886         bfqq->wr_coeff = 1;
3887         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3888         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3889         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
3890
3891         /*
3892          * Set to the value for which bfqq will not be deemed as
3893          * soft rt when it becomes backlogged.
3894          */
3895         bfqq->soft_rt_next_start = bfq_greatest_from_now();
3896
3897         /* first request is almost certainly seeky */
3898         bfqq->seek_history = 1;
3899 }
3900
3901 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
3902                                                struct bfq_group *bfqg,
3903                                                int ioprio_class, int ioprio)
3904 {
3905         switch (ioprio_class) {
3906         case IOPRIO_CLASS_RT:
3907                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
3908         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3909                 ioprio = IOPRIO_NORM;
3910                 /* fall through */
3911         case IOPRIO_CLASS_BE:
3912                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
3913         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3914                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
3915         default:
3916                 return NULL;
3917         }
3918 }
3919
3920 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3921                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3922                                        struct bfq_io_cq *bic)
3923 {
3924         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3925         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3926         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
3927         struct bfq_queue *bfqq;
3928         struct bfq_group *bfqg;
3929
3930         rcu_read_lock();
3931
3932         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
3933         if (!bfqg) {
3934                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3935                 goto out;
3936         }
3937
3938         if (!is_sync) {
3939                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
3940                                                   ioprio);
3941                 bfqq = *async_bfqq;
3942                 if (bfqq)
3943                         goto out;
3944         }
3945
3946         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
3947                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
3948                                      bfqd->queue->node);
3949
3950         if (bfqq) {
3951                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
3952                               is_sync);
3953                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
3954                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
3955         } else {
3956                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3957                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
3958                 goto out;
3959         }
3960
3961         /*
3962          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
3963          * prune it.
3964          */
3965         if (async_bfqq) {
3966                 bfqq->ref++; /*
3967                               * Extra group reference, w.r.t. sync
3968                               * queue. This extra reference is removed
3969                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
3970                               * guarantee that this queue is not freed
3971                               * until its group goes away.
3972                               */
3973                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
3974                              bfqq, bfqq->ref);
3975                 *async_bfqq = bfqq;
3976         }
3977
3978 out:
3979         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
3980         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3981         rcu_read_unlock();
3982         return bfqq;
3983 }
3984
3985 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
3986                                     struct bfq_queue *bfqq)
3987 {
3988         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
3989         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
3990
3991         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
3992
3993         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
3994         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
3995         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
3996                                      ttime->ttime_samples);
3997 }
3998
3999 static void
4000 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4001                        struct request *rq)
4002 {
4003         bfqq->seek_history <<= 1;
4004         bfqq->seek_history |=
4005                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4006                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4007                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4008 }
4009
4010 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4011                                        struct bfq_queue *bfqq,
4012                                        struct bfq_io_cq *bic)
4013 {
4014         bool has_short_ttime = true;
4015
4016         /*
4017          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4018          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4019          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4020          */
4021         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4022             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4023                 return;
4024
4025         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4026         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4027                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4028                 return;
4029
4030         /* Think time is infinite if no process is linked to
4031          * bfqq. Otherwise check average think time to
4032          * decide whether to mark as has_short_ttime
4033          */
4034         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4035             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4036              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4037                 has_short_ttime = false;
4038
4039         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4040                      has_short_ttime);
4041
4042         if (has_short_ttime)
4043                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4044         else
4045                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4046 }
4047
4048 /*
4049  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4050  * something we should do about it.
4051  */
4052 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4053                             struct request *rq)
4054 {
4055         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4056
4057         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4058                 bfqq->meta_pending++;
4059
4060         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4061         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4062         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4063
4064         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4065                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4066                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4067
4068         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4069
4070         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4071                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4072                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4073                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4074
4075                 /*
4076                  * There is just this request queued: if the request
4077                  * is small and the queue is not to be expired, then
4078                  * just exit.
4079                  *
4080                  * In this way, if the device is being idled to wait
4081                  * for a new request from the in-service queue, we
4082                  * avoid unplugging the device and committing the
4083                  * device to serve just a small request. On the
4084                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4085                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4086                  * will be merged to this one quickly, then the device
4087                  * will be unplugged and larger requests will be
4088                  * dispatched.
4089                  */
4090                 if (small_req && !budget_timeout)
4091                         return;
4092
4093                 /*
4094                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4095                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4096                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4097                  * timer.
4098                  */
4099                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4100                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4101                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4102
4103                 /*
4104                  * The queue is not empty, because a new request just
4105                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4106                  * case of budget timeout, without risking that the
4107                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4108                  * See [1] for more details.
4109                  */
4110                 if (budget_timeout)
4111                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4112                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4113         }
4114 }
4115
4116 static void __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4117 {
4118         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4119                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4120
4121         if (new_bfqq) {
4122                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4123                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4124                 /*
4125                  * Release the request's reference to the old bfqq
4126                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4127                  */
4128                 new_bfqq->allocated++;
4129                 bfqq->allocated--;
4130                 new_bfqq->ref++;
4131                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4132                 /*
4133                  * If the bic associated with the process
4134                  * issuing this request still points to bfqq
4135                  * (and thus has not been already redirected
4136                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4137                  * then complete the merge and redirect it to
4138                  * new_bfqq.
4139                  */
4140                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4141                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4142                                         bfqq, new_bfqq);
4143                 /*
4144                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4145                  * release rq reference on bfqq
4146                  */
4147                 bfq_put_queue(bfqq);
4148                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4149                 bfqq = new_bfqq;
4150         }
4151
4152         bfq_add_request(rq);
4153
4154         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4155         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4156
4157         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4158 }
4159
4160 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4161                                bool at_head)
4162 {
4163         struct request_queue *q = hctx->queue;
4164         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4165
4166         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4167         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4168                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4169                 return;
4170         }
4171
4172         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4173
4174         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4175
4176         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4177         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4178                 if (at_head)
4179                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4180                 else
4181                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4182         } else {
4183                 __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4184
4185                 if (rq_mergeable(rq)) {
4186                         elv_rqhash_add(q, rq);
4187                         if (!q->last_merge)
4188                                 q->last_merge = rq;
4189                 }
4190         }
4191
4192         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4193 }
4194
4195 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4196                                 struct list_head *list, bool at_head)
4197 {
4198         while (!list_empty(list)) {
4199                 struct request *rq;
4200
4201                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4202                 list_del_init(&rq->queuelist);
4203                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4204         }
4205 }
4206
4207 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4208 {
4209         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4210                                        bfqd->rq_in_driver);
4211
4212         if (bfqd->hw_tag == 1)
4213                 return;
4214
4215         /*
4216          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4217          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4218          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4219          * requests.
4220          */
4221         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4222                 return;
4223
4224         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4225                 return;
4226
4227         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4228         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4229         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4230 }
4231
4232 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4233 {
4234         u64 now_ns;
4235         u32 delta_us;
4236
4237         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4238
4239         bfqd->rq_in_driver--;
4240         bfqq->dispatched--;
4241
4242         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4243                 /*
4244                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4245                  * time at which the queue remains with no backlog and
4246                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4247                  * mechanism).
4248                  */
4249                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4250
4251                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4252                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4253         }
4254
4255         now_ns = ktime_get_ns();
4256
4257         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4258
4259         /*
4260          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4261          * computing rate in next check.
4262          */
4263         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4264
4265         /*
4266          * If the request took rather long to complete, and, according
4267          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4268          * implies that the request was certainly served at a very low
4269          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4270          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4271          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4272          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4273          * taken:
4274          * - close the observation interval at the last (previous)
4275          *   request dispatch or completion
4276          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4277          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4278          *   re-initialization of the observation interval on next
4279          *   dispatch
4280          */
4281         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4282            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4283                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4284                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4285         bfqd->last_completion = now_ns;
4286
4287         /*
4288          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4289          * of the task associated with the queue is actually
4290          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4291          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4292          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4293          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4294          * has in-flight requests.
4295          */
4296         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4297             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4298                 bfqq->soft_rt_next_start =
4299                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4300
4301         /*
4302          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4303          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4304          */
4305         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4306                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4307                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4308                         return;
4309                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4310                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4311                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4312                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4313                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4314                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4315                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4316                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4317         }
4318
4319         if (!bfqd->rq_in_driver)
4320                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4321 }
4322
4323 static void bfq_put_rq_priv_body(struct bfq_queue *bfqq)
4324 {
4325         bfqq->allocated--;
4326
4327         bfq_put_queue(bfqq);
4328 }
4329
4330 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
4331 {
4332         struct bfq_queue *bfqq;
4333         struct bfq_data *bfqd;
4334
4335         if (!rq->elv.icq)
4336                 return;
4337
4338         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4339         bfqd = bfqq->bfqd;
4340
4341         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4342                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4343                                              rq_start_time_ns(rq),
4344                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4345                                              rq->cmd_flags);
4346
4347         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4348                 unsigned long flags;
4349
4350                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4351
4352                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4353                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4354
4355                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4356         } else {
4357                 /*
4358                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4359                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4360                  * defer such a check and removal, to avoid
4361                  * inconsistencies in the time interval from the end
4362                  * of this function to the start of the deferred work.
4363                  * This situation seems to occur only in process
4364                  * context, as a consequence of a merge. In the
4365                  * current version of the code, this implies that the
4366                  * lock is held.
4367                  */
4368
4369                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
4370                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4371                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4372         }
4373
4374         rq->elv.priv[0] = NULL;
4375         rq->elv.priv[1] = NULL;
4376 }
4377
4378 /*
4379  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4380  * was the last process referring to that bfqq.
4381  */
4382 static struct bfq_queue *
4383 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4384 {
4385         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4386
4387         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4388                 bfqq->pid = current->pid;
4389                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4390                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4391                 return bfqq;
4392         }
4393
4394         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4395
4396         bfq_put_cooperator(bfqq);
4397
4398         bfq_put_queue(bfqq);
4399         return NULL;
4400 }
4401
4402 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4403                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4404                                                    struct bio *bio,
4405                                                    bool split, bool is_sync,
4406                                                    bool *new_queue)
4407 {
4408         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4409
4410         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4411                 return bfqq;
4412
4413         if (new_queue)
4414                 *new_queue = true;
4415
4416         if (bfqq)
4417                 bfq_put_queue(bfqq);
4418         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4419
4420         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4421         if (split && is_sync) {
4422                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4423                     bic->saved_in_large_burst)
4424                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4425                 else {
4426                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4427                         if (bic->was_in_burst_list)
4428                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4429                                                &bfqd->burst_list);
4430                 }
4431                 bfqq->split_time = jiffies;
4432         }
4433
4434         return bfqq;
4435 }
4436
4437 /*
4438  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4439  */
4440 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4441 {
4442         struct request_queue *q = rq->q;
4443         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4444         struct bfq_io_cq *bic;
4445         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4446         struct bfq_queue *bfqq;
4447         bool new_queue = false;
4448         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4449
4450         if (!rq->elv.icq)
4451                 return;
4452         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4453
4454         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4455
4456         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4457
4458         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4459
4460         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4461                                          &new_queue);
4462
4463         if (likely(!new_queue)) {
4464                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4465                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4466                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4467
4468                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4469                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4470                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4471
4472                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4473                         split = true;
4474
4475                         if (!bfqq)
4476                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4477                                                                  true, is_sync,
4478                                                                  NULL);
4479                         else
4480                                 bfqq_already_existing = true;
4481                 }
4482         }
4483
4484         bfqq->allocated++;
4485         bfqq->ref++;
4486         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4487                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4488
4489         rq->elv.priv[0] = bic;
4490         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4491
4492         /*
4493          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4494          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4495          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4496          * resume its state.
4497          */
4498         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4499                 bfqq->bic = bic;
4500                 if (split) {
4501                         /*
4502                          * The queue has just been split from a shared
4503                          * queue: restore the idle window and the
4504                          * possible weight raising period.
4505                          */
4506                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4507                                               bfqq_already_existing);
4508                 }
4509         }
4510
4511         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4512                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4513
4514         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4515 }
4516
4517 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
4518 {
4519         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4520         enum bfqq_expiration reason;
4521         unsigned long flags;
4522
4523         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4524         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4525
4526         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4527                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4528                 return;
4529         }
4530
4531         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4532                 /*
4533                  * Also here the queue can be safely expired
4534                  * for budget timeout without wasting
4535                  * guarantees
4536                  */
4537                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4538         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4539                 /*
4540                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4541                  * because we may not disable the timer when the
4542                  * first request of the in-service queue arrives
4543                  * during disk idling.
4544                  */
4545                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4546         else
4547                 goto schedule_dispatch;
4548
4549         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4550
4551 schedule_dispatch:
4552         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4553         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4554 }
4555
4556 /*
4557  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4558  * is idling inside its time slice.
4559  */
4560 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4561 {
4562         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4563                                              idle_slice_timer);
4564         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4565
4566         /*
4567          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4568          * different from the queue that was idling if a new request
4569          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4570          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4571          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4572          * early.
4573          */
4574         if (bfqq)
4575                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
4576
4577         return HRTIMER_NORESTART;
4578 }
4579
4580 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4581                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4582 {
4583         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4584
4585         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4586         if (bfqq) {
4587                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4588
4589                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4590                              bfqq, bfqq->ref);
4591                 bfq_put_queue(bfqq);
4592                 *bfqq_ptr = NULL;
4593         }
4594 }
4595
4596 /*
4597  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4598  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4599  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4600  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4601  */
4602 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4603 {
4604         int i, j;
4605
4606         for (i = 0; i < 2; i++)
4607                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4608                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4609
4610         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4611 }
4612
4613 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4614 {
4615         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4616         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4617
4618         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4619
4620         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4621         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4622                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4623         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4624
4625         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4626
4627 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4628         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4629 #else
4630         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4631         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4632         kfree(bfqd->root_group);
4633         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4634 #endif
4635
4636         kfree(bfqd);
4637 }
4638
4639 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4640                                 struct bfq_data *bfqd)
4641 {
4642         int i;
4643
4644 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4645         root_group->entity.parent = NULL;
4646         root_group->my_entity = NULL;
4647         root_group->bfqd = bfqd;
4648 #endif
4649         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4650         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4651                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4652         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4653 }
4654
4655 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4656 {
4657         struct bfq_data *bfqd;
4658         struct elevator_queue *eq;
4659
4660         eq = elevator_alloc(q, e);
4661         if (!eq)
4662                 return -ENOMEM;
4663
4664         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4665         if (!bfqd) {
4666                 kobject_put(&eq->kobj);
4667                 return -ENOMEM;
4668         }
4669         eq->elevator_data = bfqd;
4670
4671         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4672         q->elevator = eq;
4673         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4674
4675         /*
4676          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4677          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4678          * will not attempt to free it.
4679          */
4680         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4681         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4682         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4683         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4684         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4685                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4686
4687         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4688         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4689
4690         /*
4691          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4692          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4693          * class won't be changed any more.
4694          */
4695         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4696
4697         bfqd->queue = q;
4698
4699         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4700
4701         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4702                      HRTIMER_MODE_REL);
4703         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4704
4705         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4706         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4707
4708         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4709         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4710         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4711
4712         bfqd->hw_tag = -1;
4713
4714         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4715
4716         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4717         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4718         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4719         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4720         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4721         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4722
4723         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4724
4725         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4726         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4727
4728         bfqd->low_latency = true;
4729
4730         /*
4731          * Trade-off between responsiveness and fairness.
4732          */
4733         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
4734         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
4735         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
4736         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
4737         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
4738         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
4739                                               * Approximate rate required
4740                                               * to playback or record a
4741                                               * high-definition compressed
4742                                               * video.
4743                                               */
4744         bfqd->wr_busy_queues = 0;
4745
4746         /*
4747          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
4748          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
4749          * the highest reference rate.
4750          */
4751         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
4752                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
4753         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
4754         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
4755
4756         spin_lock_init(&bfqd->lock);
4757
4758         /*
4759          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
4760          * function is the head of a chain of function calls
4761          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
4762          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
4763          * has_work hook function. For this reason,
4764          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
4765          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
4766          * that can be initialized only after invoking
4767          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
4768          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
4769          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
4770          * from invoking further scheduler hooks before this init
4771          * function is finished.
4772          */
4773         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
4774         if (!bfqd->root_group)
4775                 goto out_free;
4776         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
4777         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
4778
4779         wbt_disable_default(q);
4780         return 0;
4781
4782 out_free:
4783         kfree(bfqd);
4784         kobject_put(&eq->kobj);
4785         return -ENOMEM;
4786 }
4787
4788 static void bfq_slab_kill(void)
4789 {
4790         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
4791 }
4792
4793 static int __init bfq_slab_setup(void)
4794 {
4795         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
4796         if (!bfq_pool)
4797                 return -ENOMEM;
4798         return 0;
4799 }
4800
4801 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
4802 {
4803         return sprintf(page, "%u\n", var);
4804 }
4805
4806 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
4807 {
4808         unsigned long new_val;
4809         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
4810
4811         if (ret)
4812                 return ret;
4813         *var = new_val;
4814         return 0;
4815 }
4816
4817 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
4818 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4819 {                                                                       \
4820         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4821         u64 __data = __VAR;                                             \
4822         if (__CONV == 1)                                                \
4823                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
4824         else if (__CONV == 2)                                           \
4825                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
4826         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4827 }
4828 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
4829 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
4830 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
4831 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
4832 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
4833 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
4834 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
4835 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
4836 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
4837 #undef SHOW_FUNCTION
4838
4839 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
4840 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4841 {                                                                       \
4842         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4843         u64 __data = __VAR;                                             \
4844         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
4845         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4846 }
4847 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
4848 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
4849
4850 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
4851 static ssize_t                                                          \
4852 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
4853 {                                                                       \
4854         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4855         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4856         int ret;                                                        \
4857                                                                         \
4858         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4859         if (ret)                                                        \
4860                 return ret;                                             \
4861         if (__data < __min)                                             \
4862                 __data = __min;                                         \
4863         else if (__data > __max)                                        \
4864                 __data = __max;                                         \
4865         if (__CONV == 1)                                                \
4866                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
4867         else if (__CONV == 2)                                           \
4868                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
4869         else                                                            \
4870                 *(__PTR) = __data;                                      \
4871         return count;                                                   \
4872 }
4873 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
4874                 INT_MAX, 2);
4875 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
4876                 INT_MAX, 2);
4877 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
4878 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
4879                 INT_MAX, 0);
4880 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
4881 #undef STORE_FUNCTION
4882
4883 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
4884 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
4885 {                                                                       \
4886         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4887         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4888         int ret;                                                        \
4889                                                                         \
4890         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4891         if (ret)                                                        \
4892                 return ret;                                             \
4893         if (__data < __min)                                             \
4894                 __data = __min;                                         \
4895         else if (__data > __max)                                        \
4896                 __data = __max;                                         \
4897         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
4898         return count;                                                   \
4899 }
4900 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
4901                     UINT_MAX);
4902 #undef USEC_STORE_FUNCTION
4903
4904 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
4905                                     const char *page, size_t count)
4906 {
4907         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4908         unsigned long __data;
4909         int ret;
4910
4911         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4912         if (ret)
4913                 return ret;
4914
4915         if (__data == 0)
4916                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4917         else {
4918                 if (__data > INT_MAX)
4919                         __data = INT_MAX;
4920                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
4921         }
4922
4923         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
4924
4925         return count;
4926 }
4927
4928 /*
4929  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
4930  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
4931  */
4932 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
4933                                       const char *page, size_t count)
4934 {
4935         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4936         unsigned long __data;
4937         int ret;
4938
4939         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4940         if (ret)
4941                 return ret;
4942
4943         if (__data < 1)
4944                 __data = 1;
4945         else if (__data > INT_MAX)
4946                 __data = INT_MAX;
4947
4948         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
4949         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
4950                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4951
4952         return count;
4953 }
4954
4955 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
4956                                      const char *page, size_t count)
4957 {
4958         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4959         unsigned long __data;
4960         int ret;
4961
4962         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4963         if (ret)
4964                 return ret;
4965
4966         if (__data > 1)
4967                 __data = 1;
4968         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
4969             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
4970                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
4971
4972         bfqd->strict_guarantees = __data;
4973
4974         return count;
4975 }
4976
4977 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
4978                                      const char *page, size_t count)
4979 {
4980         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4981         unsigned long __data;
4982         int ret;
4983
4984         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4985         if (ret)
4986                 return ret;
4987
4988         if (__data > 1)
4989                 __data = 1;
4990         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
4991                 bfq_end_wr(bfqd);
4992         bfqd->low_latency = __data;
4993
4994         return count;
4995 }
4996
4997 #define BFQ_ATTR(name) \
4998         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
4999
5000 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5001         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5002         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5003         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5004         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5005         BFQ_ATTR(slice_idle),
5006         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5007         BFQ_ATTR(max_budget),
5008         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5009         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5010         BFQ_ATTR(low_latency),
5011         __ATTR_NULL
5012 };
5013
5014 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5015         .ops.mq = {
5016                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5017                 .finish_request         = bfq_finish_request,
5018                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5019                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5020                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5021                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5022                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5023                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5024                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5025                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5026                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5027                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5028                 .has_work               = bfq_has_work,
5029                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5030                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5031         },
5032
5033         .uses_mq =              true,
5034         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5035         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5036         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5037         .elevator_name =        "bfq",
5038         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5039 };
5040 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5041
5042 static int __init bfq_init(void)
5043 {
5044         int ret;
5045
5046 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5047         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5048         if (ret)
5049                 return ret;
5050 #endif
5051
5052         ret = -ENOMEM;
5053         if (bfq_slab_setup())
5054                 goto err_pol_unreg;
5055
5056         /*
5057          * Times to load large popular applications for the typical
5058          * systems installed on the reference devices (see the
5059          * comments before the definitions of the next two
5060          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5061          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5062          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5063          * are computed over much shorter time intervals than the long
5064          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5065          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5066          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5067          * be run for a long time.
5068          */
5069         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5070         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5071         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5072         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5073
5074         /*
5075          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5076          * (see the comments before the definition of the array
5077          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5078          * transitions to the fast class. This is safer than the
5079          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5080          * class results in short weight-raising periods, because the
5081          * speed of the device then tends to be higher that the
5082          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5083          * transition to the fast class tends to increase
5084          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5085          */
5086         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5087         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5088
5089         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5090         if (ret)
5091                 goto slab_kill;
5092
5093         return 0;
5094
5095 slab_kill:
5096         bfq_slab_kill();
5097 err_pol_unreg:
5098 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5099         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5100 #endif
5101         return ret;
5102 }
5103
5104 static void __exit bfq_exit(void)
5105 {
5106         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5107 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5108         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5109 #endif
5110         bfq_slab_kill();
5111 }
5112
5113 module_init(bfq_init);
5114 module_exit(bfq_exit);
5115
5116 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5117 MODULE_LICENSE("GPL");
5118 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");