RISCV: config: tizen_visionfive2: Enable USB_DUMMY_HCD as module for usb hcd tetst
[platform/kernel/linux-starfive.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/ktime.h>
121 #include <linux/rbtree.h>
122 #include <linux/ioprio.h>
123 #include <linux/sbitmap.h>
124 #include <linux/delay.h>
125 #include <linux/backing-dev.h>
126
127 #include <trace/events/block.h>
128
129 #include "elevator.h"
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-tag.h"
133 #include "blk-mq-sched.h"
134 #include "bfq-iosched.h"
135 #include "blk-wbt.h"
136
137 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
138 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
139 {                                                                       \
140         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
141 }                                                                       \
142 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
143 {                                                                       \
144         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
145 }                                                                       \
146 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
147 {                                                                       \
148         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
149 }
150
151 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
152 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
153 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
154 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
155 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
156 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
157 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
158 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
159 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
160 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
162 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
163 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
164
165 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
166 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
167
168 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
169 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
170
171 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
172 static const int bfq_back_penalty = 2;
173
174 /* Idling period duration, in ns. */
175 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
176
177 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
178 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
179
180 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
181 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
182
183 /*
184  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
185  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
186  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
187  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
188  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
189  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
190  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
191  * writes to steal I/O throughput to reads.
192  *
193  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
194  * several hardware and software configurations. We tried to find the
195  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
196  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
197  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
198  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
199  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
200  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
201  */
202 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
203
204 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
205 const int bfq_timeout = HZ / 8;
206
207 /*
208  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
209  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
210  * removing false positives, while not causing true positives to miss
211  * queue merging.
212  *
213  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
214  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
215  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
216  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
217  * little chance to find cooperators.
218  */
219 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
220
221 static struct kmem_cache *bfq_pool;
222
223 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
224 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
225
226 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
227 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
228 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
229
230 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
231 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
232 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
233         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
234          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
235          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
236           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
237 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
238 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
239 /*
240  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
241  * because it is characterized by limited throughput and apparently
242  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
243  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
244  * as soft real-time.
245  */
246 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
247
248 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
249 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
250 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
252 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
253 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
254
255 /*
256  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
257  * With
258  * - the current shift: 16 positions
259  * - the current type used to store rate: u32
260  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
261  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
262  * the range of rates that can be stored is
263  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
264  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
265  * [15, 65G] sectors/sec
266  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
267  * [7.5K, 33T] B/sec
268  */
269 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
270
271 /*
272  * When configured for computing the duration of the weight-raising
273  * for interactive queues automatically (see the comments at the
274  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
275  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
276  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
277  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
278  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
279  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
280  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
281  * applications on the reference device (see the comments on
282  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
283  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
284  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
285  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
286  * weight raising to interactive applications.
287  *
288  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
289  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
290  *
291  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
292  * are the reference values for a rotational device, whereas
293  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
294  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
295  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
296  * values. The reason for using slightly lower values is that the
297  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
298  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
299  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
300  * I/O).
301  *
302  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
303  * by BFQ_RATE_SHIFT.
304  */
305 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
306 /*
307  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
308  * the following array, which entails that the array can be
309  * initialized only in a function.
310  */
311 static int ref_wr_duration[2];
312
313 /*
314  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
315  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
316  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
317  * doing I/O for much longer than the duration of weight
318  * raising. These applications have basically no benefit from being
319  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
320  * while being weight-raised, these applications
321  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
322  * low latency;
323  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
324  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
325  * increase latencies when used purposelessly.
326  *
327  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
328  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
329  * finish explaining how the duration of weight-raising for
330  * interactive tasks is computed.
331  *
332  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
333  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
334  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
335  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
336  * largest task, we mean the task for which each involved process has
337  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
338  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
339  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
340  * sectors transferred.
341  *
342  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
343  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
344  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
345  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
346  * processes of these applications usually consume the above 110K
347  * sectors in much less time than the processes of an application that
348  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
349  * almost all their CPU cycles only to their target,
350  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
351  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
352  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
353  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
354  * have no right to be weight-raised any longer.
355  *
356  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
357  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
358  * service at least equal to the following constant. The constant is
359  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
360  *
361  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
362  * during which interactive false positives cause the two problems
363  * described at the beginning of these comments.
364  */
365 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
366
367 /*
368  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
369  * to be activated (in ms)
370  */
371 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
372 /*
373  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
374  */
375 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
376
377 #define RQ_BIC(rq)              ((struct bfq_io_cq *)((rq)->elv.priv[0]))
378 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
379
380 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
381 {
382         return bic->bfqq[is_sync];
383 }
384
385 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
386
387 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
388 {
389         struct bfq_queue *old_bfqq = bic->bfqq[is_sync];
390
391         /* Clear bic pointer if bfqq is detached from this bic */
392         if (old_bfqq && old_bfqq->bic == bic)
393                 old_bfqq->bic = NULL;
394
395         /*
396          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
397          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
398          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
399          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
400          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
401          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
402          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
403          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
404          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
405          * we cancel the stable merge if
406          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
407          */
408         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
409
410         if (bfqq && bic->stable_merge_bfqq == bfqq) {
411                 /*
412                  * Actually, these same instructions are executed also
413                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
414                  * execution of a stable merge. We could avoid
415                  * repeating these instructions there too, but if we
416                  * did so, we would nest even more complexity in this
417                  * function.
418                  */
419                 bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
420
421                 bic->stable_merge_bfqq = NULL;
422         }
423 }
424
425 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
426 {
427         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
428 }
429
430 /**
431  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
432  * @icq: the iocontext queue.
433  */
434 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
435 {
436         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
437         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
438 }
439
440 /**
441  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
442  * @q: the request queue.
443  */
444 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct request_queue *q)
445 {
446         struct bfq_io_cq *icq;
447         unsigned long flags;
448
449         if (!current->io_context)
450                 return NULL;
451
452         spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
453         icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(q));
454         spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
455
456         return icq;
457 }
458
459 /*
460  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
461  * driver that will restart queueing.
462  */
463 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
464 {
465         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
466
467         if (bfqd->queued != 0) {
468                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
469                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
470         }
471 }
472
473 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
474
475 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
476
477 /*
478  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
479  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
480  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
481  */
482 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
483                                       struct request *rq1,
484                                       struct request *rq2,
485                                       sector_t last)
486 {
487         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
488         unsigned long back_max;
489 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
490 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
491         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
492
493         if (!rq1 || rq1 == rq2)
494                 return rq2;
495         if (!rq2)
496                 return rq1;
497
498         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
499                 return rq1;
500         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
501                 return rq2;
502         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
503                 return rq1;
504         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
505                 return rq2;
506
507         s1 = blk_rq_pos(rq1);
508         s2 = blk_rq_pos(rq2);
509
510         /*
511          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
512          */
513         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
514
515         /*
516          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
517          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
518          * similar forward seek.
519          */
520         if (s1 >= last)
521                 d1 = s1 - last;
522         else if (s1 + back_max >= last)
523                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
524         else
525                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
526
527         if (s2 >= last)
528                 d2 = s2 - last;
529         else if (s2 + back_max >= last)
530                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
531         else
532                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
533
534         /* Found required data */
535
536         /*
537          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
538          * check two variables for all permutations: --> faster!
539          */
540         switch (wrap) {
541         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
542                 if (d1 < d2)
543                         return rq1;
544                 else if (d2 < d1)
545                         return rq2;
546
547                 if (s1 >= s2)
548                         return rq1;
549                 else
550                         return rq2;
551
552         case BFQ_RQ2_WRAP:
553                 return rq1;
554         case BFQ_RQ1_WRAP:
555                 return rq2;
556         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
557         default:
558                 /*
559                  * Since both rqs are wrapped,
560                  * start with the one that's further behind head
561                  * (--> only *one* back seek required),
562                  * since back seek takes more time than forward.
563                  */
564                 if (s1 <= s2)
565                         return rq1;
566                 else
567                         return rq2;
568         }
569 }
570
571 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
572
573 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
574 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
575 {
576         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
577         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
578         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
579         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
580         int depth, level, alloc_depth = BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH;
581         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
582         struct bfq_sched_data *sched_data;
583         unsigned long wsum;
584         bool ret = false;
585
586         if (!entity->on_st_or_in_serv)
587                 return false;
588
589 retry:
590         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
591         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
592         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
593         if (depth > alloc_depth) {
594                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
595                 if (entities != inline_entities)
596                         kfree(entities);
597                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
598                 if (!entities)
599                         return false;
600                 alloc_depth = depth;
601                 goto retry;
602         }
603
604         sched_data = entity->sched_data;
605         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
606         level = 0;
607         for_each_entity(entity) {
608                 /*
609                  * If at some level entity is not even active, allow request
610                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
611                  * entities.
612                  */
613                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
614                         goto out;
615                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
616                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
617                         break;
618                 entities[level++] = entity;
619         }
620         WARN_ON_ONCE(level != depth);
621         for (level--; level >= 0; level--) {
622                 entity = entities[level];
623                 if (level > 0) {
624                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
625                 } else {
626                         int i;
627                         /*
628                          * For bfqq itself we take into account service trees
629                          * of all higher priority classes and multiply their
630                          * weights so that low prio queue from higher class
631                          * gets more requests than high prio queue from lower
632                          * class.
633                          */
634                         wsum = 0;
635                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
636                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
637                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
638                         }
639                 }
640                 if (!wsum)
641                         continue;
642                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
643                 if (entity->allocated >= limit) {
644                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
645                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
646                                 entity->allocated, limit, level);
647                         ret = true;
648                         break;
649                 }
650         }
651 out:
652         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
653         if (entities != inline_entities)
654                 kfree(entities);
655         return ret;
656 }
657 #else
658 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
659 {
660         return false;
661 }
662 #endif
663
664 /*
665  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
666  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
667  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
668  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
669  * problems.
670  *
671  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
672  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
673  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
674  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
675  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
676  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
677  * algorithm.
678  */
679 static void bfq_limit_depth(blk_opf_t opf, struct blk_mq_alloc_data *data)
680 {
681         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
682         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
683         struct bfq_queue *bfqq = bic ? bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(opf)) : NULL;
684         int depth;
685         unsigned limit = data->q->nr_requests;
686
687         /* Sync reads have full depth available */
688         if (op_is_sync(opf) && !op_is_write(opf)) {
689                 depth = 0;
690         } else {
691                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(opf)];
692                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
693         }
694
695         /*
696          * Does queue (or any parent entity) exceed number of requests that
697          * should be available to it? Heavily limit depth so that it cannot
698          * consume more available requests and thus starve other entities.
699          */
700         if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit))
701                 depth = 1;
702
703         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
704                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(opf), depth);
705         if (depth)
706                 data->shallow_depth = depth;
707 }
708
709 static struct bfq_queue *
710 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
711                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
712                      struct rb_node ***rb_link)
713 {
714         struct rb_node **p, *parent;
715         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
716
717         parent = NULL;
718         p = &root->rb_node;
719         while (*p) {
720                 struct rb_node **n;
721
722                 parent = *p;
723                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
724
725                 /*
726                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
727                  * largest to the right.
728                  */
729                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
730                         n = &(*p)->rb_right;
731                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
732                         n = &(*p)->rb_left;
733                 else
734                         break;
735                 p = n;
736                 bfqq = NULL;
737         }
738
739         *ret_parent = parent;
740         if (rb_link)
741                 *rb_link = p;
742
743         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
744                 (unsigned long long)sector,
745                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
746
747         return bfqq;
748 }
749
750 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
751 {
752         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
753                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
754                                        bfq_merge_time_limit);
755 }
756
757 /*
758  * The following function is not marked as __cold because it is
759  * actually cold, but for the same performance goal described in the
760  * comments on the likely() at the beginning of
761  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
762  * execution time for the case where this function is not invoked, we
763  * had to add an unlikely() in each involved if().
764  */
765 void __cold
766 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
767 {
768         struct rb_node **p, *parent;
769         struct bfq_queue *__bfqq;
770
771         if (bfqq->pos_root) {
772                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
773                 bfqq->pos_root = NULL;
774         }
775
776         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
777         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
778                 return;
779
780         /*
781          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
782          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
783          * position tree.
784          */
785         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
786                 return;
787
788         if (bfq_class_idle(bfqq))
789                 return;
790         if (!bfqq->next_rq)
791                 return;
792
793         bfqq->pos_root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
794         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
795                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
796         if (!__bfqq) {
797                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
798                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
799         } else
800                 bfqq->pos_root = NULL;
801 }
802
803 /*
804  * The following function returns false either if every active queue
805  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
806  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
807  * throughput lower than or equal to the share that every other active
808  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
809  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
810  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
811  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
812  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
813  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
814  * be avoided.
815  *
816  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
817  * 1) all active queues have the same weight,
818  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
819  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
820  *    weight,
821  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
822  *    number of children.
823  *
824  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
825  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
826  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
827  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
828  * much easier to maintain the needed state:
829  * 1) all active queues have the same weight,
830  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
831  * 3) there are no active groups.
832  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
833  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
834  * needs to be maintained in this case.
835  */
836 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
837                                    struct bfq_queue *bfqq)
838 {
839         bool smallest_weight = bfqq &&
840                 bfqq->weight_counter &&
841                 bfqq->weight_counter ==
842                 container_of(
843                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
844                         struct bfq_weight_counter,
845                         weights_node);
846
847         /*
848          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
849          * at least two nodes.
850          */
851         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
852                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
853                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
854                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
855
856         bool multiple_classes_busy =
857                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
858                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
859                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
860
861         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
862 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
863                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
864 #endif
865                 ;
866 }
867
868 /*
869  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
870  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
871  * increment the existing counter.
872  *
873  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
874  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
875  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
876  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
877  * are not inserted in the tree.
878  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
879  * should be low too.
880  */
881 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
882                           struct rb_root_cached *root)
883 {
884         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
885         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
886         bool leftmost = true;
887
888         /*
889          * Do not insert if the queue is already associated with a
890          * counter, which happens if:
891          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
892          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
893          *      backlogged; in this respect, each of the two events
894          *      causes an invocation of this function,
895          *   2) this is the invocation of this function caused by the
896          *      second event. This second invocation is actually useless,
897          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
898          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
899          */
900         if (bfqq->weight_counter)
901                 return;
902
903         while (*new) {
904                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
905                                                 struct bfq_weight_counter,
906                                                 weights_node);
907                 parent = *new;
908
909                 if (entity->weight == __counter->weight) {
910                         bfqq->weight_counter = __counter;
911                         goto inc_counter;
912                 }
913                 if (entity->weight < __counter->weight)
914                         new = &((*new)->rb_left);
915                 else {
916                         new = &((*new)->rb_right);
917                         leftmost = false;
918                 }
919         }
920
921         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
922                                        GFP_ATOMIC);
923
924         /*
925          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
926          * exit. This will cause the weight of queue to not be
927          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
928          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
929          * bfqq's weight would have been the only weight making the
930          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
931          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
932          * invocation of this function is triggered by an activation
933          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
934          * if !bfqq->weight_counter.
935          */
936         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
937                 return;
938
939         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
940         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
941         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
942                                 leftmost);
943
944 inc_counter:
945         bfqq->weight_counter->num_active++;
946         bfqq->ref++;
947 }
948
949 /*
950  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
951  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
952  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
953  * about overhead.
954  */
955 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
956                                struct bfq_queue *bfqq,
957                                struct rb_root_cached *root)
958 {
959         if (!bfqq->weight_counter)
960                 return;
961
962         bfqq->weight_counter->num_active--;
963         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
964                 goto reset_entity_pointer;
965
966         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
967         kfree(bfqq->weight_counter);
968
969 reset_entity_pointer:
970         bfqq->weight_counter = NULL;
971         bfq_put_queue(bfqq);
972 }
973
974 /*
975  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
976  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
977  */
978 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
979                              struct bfq_queue *bfqq)
980 {
981         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
982
983         for_each_entity(entity) {
984                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
985
986                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
987                         /*
988                          * entity is still active, because either
989                          * next_in_service or in_service_entity is not
990                          * NULL (see the comments on the definition of
991                          * next_in_service for details on why
992                          * in_service_entity must be checked too).
993                          *
994                          * As a consequence, its parent entities are
995                          * active as well, and thus this loop must
996                          * stop here.
997                          */
998                         break;
999                 }
1000
1001                 /*
1002                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
1003                  * not performed immediately upon the deactivation of
1004                  * entity, but it is delayed to when it also happens
1005                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
1006                  * all its pending requests completed. The following
1007                  * instructions perform this delayed decrement, if
1008                  * needed. See the comments on
1009                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
1010                  */
1011                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
1012                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
1013                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
1014                 }
1015         }
1016
1017         /*
1018          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
1019          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
1020          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
1021          * function invocation.
1022          */
1023         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
1024                                   &bfqd->queue_weights_tree);
1025 }
1026
1027 /*
1028  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
1029  */
1030 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
1031                                       struct request *last)
1032 {
1033         struct request *rq;
1034
1035         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
1036                 return NULL;
1037
1038         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
1039
1040         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
1041
1042         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
1043                 return NULL;
1044
1045         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
1046         return rq;
1047 }
1048
1049 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1050                                         struct bfq_queue *bfqq,
1051                                         struct request *last)
1052 {
1053         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1054         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1055         struct request *next, *prev = NULL;
1056
1057         /* Follow expired path, else get first next available. */
1058         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1059         if (next)
1060                 return next;
1061
1062         if (rbprev)
1063                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1064
1065         if (rbnext)
1066                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1067         else {
1068                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1069                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1070                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1071         }
1072
1073         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1074 }
1075
1076 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1077 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1078                                         struct bfq_queue *bfqq)
1079 {
1080         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1081             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1082                 return blk_rq_sectors(rq);
1083
1084         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1085 }
1086
1087 /**
1088  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1089  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1090  * @bfqq: the queue to update.
1091  *
1092  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1093  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1094  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1095  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1096  * rounds to actually get it dispatched.
1097  */
1098 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1099                                  struct bfq_queue *bfqq)
1100 {
1101         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1102         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1103         unsigned long new_budget;
1104
1105         if (!next_rq)
1106                 return;
1107
1108         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1109                 /*
1110                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1111                  * changed after an entity has been selected.
1112                  */
1113                 return;
1114
1115         new_budget = max_t(unsigned long,
1116                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1117                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1118                            entity->service);
1119         if (entity->budget != new_budget) {
1120                 entity->budget = new_budget;
1121                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1122                                          new_budget);
1123                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1124         }
1125 }
1126
1127 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1128 {
1129         u64 dur;
1130
1131         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1132                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1133
1134         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1135         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1136
1137         /*
1138          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1139          * has been conservatively set after the following worst case:
1140          * on a QEMU/KVM virtual machine
1141          * - running in a slow PC
1142          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1143          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1144          *   of several files
1145          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1146          *
1147          * As for higher values than that accommodating the above bad
1148          * scenario, tests show that higher values would often yield
1149          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1150          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1151          * preserve weight raising for too long.
1152          *
1153          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1154          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1155          * before weight-raising finishes.
1156          */
1157         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1158 }
1159
1160 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1161 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1162                                           struct bfq_data *bfqd)
1163 {
1164         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1165         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1166         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1167 }
1168
1169 static void
1170 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1171                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1172 {
1173         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1174         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1175
1176         if (bic->saved_has_short_ttime)
1177                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1178         else
1179                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1180
1181         if (bic->saved_IO_bound)
1182                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1183         else
1184                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1185
1186         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1187         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1188         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1189
1190         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1191         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1192         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1193         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1194         /*
1195          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1196          */
1197         if (bfqd->low_latency) {
1198                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1199                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1200         }
1201         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1202         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1203         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1204         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1205
1206         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1207             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1208                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1209                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1210                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1211                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1212                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1213                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1214                 } else {
1215                         bfqq->wr_coeff = 1;
1216                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1217                                      "resume state: switching off wr");
1218                 }
1219         }
1220
1221         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1222         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1223
1224         if (likely(!busy))
1225                 return;
1226
1227         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1228                 bfqd->wr_busy_queues++;
1229         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1230                 bfqd->wr_busy_queues--;
1231 }
1232
1233 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1234 {
1235         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1236                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1237                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1238 }
1239
1240 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1241 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1242 {
1243         struct bfq_queue *item;
1244         struct hlist_node *n;
1245
1246         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1247                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1248
1249         /*
1250          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1251          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1252          * bfq_handle_burst().
1253          */
1254         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1255                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1256                 bfqd->burst_size = 1;
1257         } else
1258                 bfqd->burst_size = 0;
1259
1260         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1261 }
1262
1263 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1264 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1265 {
1266         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1267         bfqd->burst_size++;
1268
1269         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1270                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1271                 struct hlist_node *n;
1272
1273                 /*
1274                  * Enough queues have been activated shortly after each
1275                  * other to consider this burst as large.
1276                  */
1277                 bfqd->large_burst = true;
1278
1279                 /*
1280                  * We can now mark all queues in the burst list as
1281                  * belonging to a large burst.
1282                  */
1283                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1284                                      burst_list_node)
1285                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1286                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1287
1288                 /*
1289                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1290                  * new queue being activated shortly after the last queue
1291                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1292                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1293                  * needed any more. Remove it.
1294                  */
1295                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1296                                           burst_list_node)
1297                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1298         } else /*
1299                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1300                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1301                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1302                 * in put_queue.
1303                 */
1304                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1305 }
1306
1307 /*
1308  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1309  * shortly after each other, then the processes associated with these
1310  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1311  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1312  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1313  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1314  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1315  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1316  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1317  *
1318  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1319  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1320  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1321  * treated in a different way.
1322  *
1323  * The above services or applications benefit mostly from a high
1324  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1325  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1326  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1327  * which also implies idling the device for it, is almost always
1328  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1329  * these new queues from. If there no other active queues, then
1330  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1331  * cases.
1332  *
1333  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1334  * the start of an application that does not consist of a lot of
1335  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1336  * several short processes may need to be executed to start-up the
1337  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1338  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1339  * related to the application with respect to all other
1340  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1341  * an application that causes a burst of queue creations is to
1342  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1343  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1344  *
1345  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1346  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1347  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1348  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1349  * larger size than that threshold are apparently caused by
1350  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1351  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1352  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1353  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1354  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1355  * exact choice depends on the device and request pattern at
1356  * hand.
1357  *
1358  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1359  * is starting (e.g., an application is being started). The
1360  * consequence is that the queues associated with the task do not
1361  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1362  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1363  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1364  *
1365  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1366  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1367  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1368  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1369  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1370  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1371  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1372  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1373  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1374  * large. The main steps are the following.
1375  *
1376  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1377  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1378  *
1379  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1380  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1381  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1382  *   Q to the burst list
1383  *
1384  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1385  *   the large-burst threshold, then
1386  *
1387  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1388  *       large burst
1389  *
1390  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1391  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1392  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1393  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1394  *
1395  *     . the device enters a large-burst mode
1396  *
1397  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1398  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1399  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1400  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1401  *   as belonging to a large burst.
1402  *
1403  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1404  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1405  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1406  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1407  *
1408  *        . the large-burst mode is reset if set
1409  *
1410  *        . the burst list is emptied
1411  *
1412  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1413  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1414  *          after this step).
1415  */
1416 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1417 {
1418         /*
1419          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1420          * burst, or finally has just been split, then there is
1421          * nothing else to do.
1422          */
1423         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1424             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1425             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1426                                      msecs_to_jiffies(10)))
1427                 return;
1428
1429         /*
1430          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1431          * a different group than the burst group, then the current
1432          * burst is finished, and related data structures must be
1433          * reset.
1434          *
1435          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1436          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1437          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1438          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1439          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1440          * following condition is true, bfqq will end up being
1441          * inserted into the burst list. In particular the list will
1442          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1443          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1444          * burst.
1445          */
1446         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1447             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1448             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1449                 bfqd->large_burst = false;
1450                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1451                 goto end;
1452         }
1453
1454         /*
1455          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1456          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1457          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1458          */
1459         if (bfqd->large_burst) {
1460                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1461                 goto end;
1462         }
1463
1464         /*
1465          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1466          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1467          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1468          */
1469         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1470 end:
1471         /*
1472          * At this point, bfqq either has been added to the current
1473          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1474          * possible new burst to start. In particular, in the second
1475          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1476          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1477          * forward.
1478          */
1479         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1480 }
1481
1482 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1483 {
1484         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1485
1486         return entity->budget - entity->service;
1487 }
1488
1489 /*
1490  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1491  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1492  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1493  */
1494 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1495 {
1496         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1497                 return bfq_default_max_budget;
1498         else
1499                 return bfqd->bfq_max_budget;
1500 }
1501
1502 /*
1503  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1504  * max budget (trying with 1/32)
1505  */
1506 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1507 {
1508         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1509                 return bfq_default_max_budget / 32;
1510         else
1511                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1512 }
1513
1514 /*
1515  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1516  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1517  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1518  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1519  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1520  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1521  * goals below.
1522  *
1523  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1524  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1525  * expired for one of the following two reasons:
1526  *
1527  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1528  *   and did not make it to issue a new request before its last
1529  *   request was served;
1530  *
1531  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1532  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1533  *
1534  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1535  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1536  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1537  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1538  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1539  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1540  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1541  * one full budget of another queue before being served again, then
1542  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1543  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1544  * to be taken.
1545  *
1546  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1547  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1548  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1549  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1550  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1551  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1552  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1553  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1554  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1555  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1556  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1557  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1558  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1559  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1560  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1561  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1562  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1563  * on this tricky aspect).
1564  *
1565  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1566  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1567  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1568  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1569  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1570  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1571  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1572  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1573  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1574  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1575  * causing a little loss of bandwidth.
1576  *
1577  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1578  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1579  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1580  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1581  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1582  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1583  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1584  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1585  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1586  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1587  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1588  * __bfq_activate_entity.
1589  *
1590  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1591  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1592  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1593  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1594  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1595  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1596  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1597  * outstanding requests mentioned above.
1598  *
1599  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1600  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1601  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1602  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1603  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1604  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1605  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1606  * know whether preemption is needed without needing to update service
1607  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1608  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1609  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1610  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1611  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1612  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1613  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1614  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1615  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1616  * responsibility of handling the above case 2.
1617  */
1618 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1619                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1620                                                 bool arrived_in_time)
1621 {
1622         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1623
1624         /*
1625          * In the next compound condition, we check also whether there
1626          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1627          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1628          * would be expired immediately after being selected for
1629          * service. This would only cause useless overhead.
1630          */
1631         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1632             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1633                 /*
1634                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1635                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1636                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1637                  * cleared right after).
1638                  */
1639
1640                 /*
1641                  * In next assignment we rely on that either
1642                  * entity->service or entity->budget are not updated
1643                  * on expiration if bfqq is empty (see
1644                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1645                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1646                  * following statement therefore assigns to
1647                  * entity->budget the remaining budget on such an
1648                  * expiration.
1649                  */
1650                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1651                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1652                                        bfqq->max_budget);
1653
1654                 /*
1655                  * At this point, we have used entity->service to get
1656                  * the budget left (needed for updating
1657                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1658                  * reset entity->service. The latter must be reset
1659                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1660                  * the service it has received during its previous
1661                  * service slot(s).
1662                  */
1663                 entity->service = 0;
1664
1665                 return true;
1666         }
1667
1668         /*
1669          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1670          */
1671         entity->service = 0;
1672         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1673                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1674         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1675         return false;
1676 }
1677
1678 /*
1679  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1680  * macros.
1681  */
1682 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1683 {
1684         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1685 }
1686
1687 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1688                                              struct bfq_queue *bfqq,
1689                                              unsigned int old_wr_coeff,
1690                                              bool wr_or_deserves_wr,
1691                                              bool interactive,
1692                                              bool in_burst,
1693                                              bool soft_rt)
1694 {
1695         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1696                 /* start a weight-raising period */
1697                 if (interactive) {
1698                         bfqq->service_from_wr = 0;
1699                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1700                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1701                 } else {
1702                         /*
1703                          * No interactive weight raising in progress
1704                          * here: assign minus infinity to
1705                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1706                          * that, at the end of the soft-real-time
1707                          * weight raising periods that is starting
1708                          * now, no interactive weight-raising period
1709                          * may be wrongly considered as still in
1710                          * progress (and thus actually started by
1711                          * mistake).
1712                          */
1713                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1714                                 bfq_smallest_from_now();
1715                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1716                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1717                         bfqq->wr_cur_max_time =
1718                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1719                 }
1720
1721                 /*
1722                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1723                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1724                  * scheduling-error component due to a too large
1725                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1726                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1727                  * too small budget either, to avoid increasing
1728                  * latency by causing too frequent expirations.
1729                  */
1730                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1731                                             bfqq->entity.budget,
1732                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1733         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1734                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1735                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1736                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1737                 } else if (in_burst)
1738                         bfqq->wr_coeff = 1;
1739                 else if (soft_rt) {
1740                         /*
1741                          * The application is now or still meeting the
1742                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1743                          * can then correctly and safely (re)charge
1744                          * the weight-raising duration for the
1745                          * application with the weight-raising
1746                          * duration for soft rt applications.
1747                          *
1748                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1749                          * before the weight-raising period for the
1750                          * application finishes, reduces the probability
1751                          * of the following negative scenario:
1752                          * 1) the weight of a soft rt application is
1753                          *    raised at startup (as for any newly
1754                          *    created application),
1755                          * 2) since the application is not interactive,
1756                          *    at a certain time weight-raising is
1757                          *    stopped for the application,
1758                          * 3) at that time the application happens to
1759                          *    still have pending requests, and hence
1760                          *    is destined to not have a chance to be
1761                          *    deemed soft rt before these requests are
1762                          *    completed (see the comments to the
1763                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1764                          *    for details on soft rt detection),
1765                          * 4) these pending requests experience a high
1766                          *    latency because the application is not
1767                          *    weight-raised while they are pending.
1768                          */
1769                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1770                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1771                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1772                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1773
1774                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1775                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1776                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1777                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1778                         }
1779                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1780                 }
1781         }
1782 }
1783
1784 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1785                                         struct bfq_queue *bfqq)
1786 {
1787         return bfqq->dispatched == 0 &&
1788                 time_is_before_jiffies(
1789                         bfqq->budget_timeout +
1790                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1791 }
1792
1793
1794 /*
1795  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1796  * weight than the in-service queue.
1797  */
1798 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1799                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1800 {
1801         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1802
1803         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1804                 return true;
1805
1806         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1807                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1808                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1809         } else {
1810                 if (bfqq->entity.parent)
1811                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1812                 else
1813                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1814                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1815                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1816                 else
1817                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1818         }
1819
1820         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1821 }
1822
1823 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1824
1825 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1826                                              struct bfq_queue *bfqq,
1827                                              int old_wr_coeff,
1828                                              struct request *rq,
1829                                              bool *interactive)
1830 {
1831         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1832                 bfqq_wants_to_preempt,
1833                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1834                 /*
1835                  * See the comments on
1836                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1837                  * details on the usage of the next variable.
1838                  */
1839                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1840                         bfqq->ttime.last_end_request +
1841                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1842
1843
1844         /*
1845          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1846          * - it is sync,
1847          * - it does not belong to a large burst,
1848          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1849          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1850          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1851          *   to control its weight explicitly)
1852          */
1853         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1854         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1855                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1856                 !in_burst &&
1857                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1858                 bfqq->dispatched == 0 &&
1859                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1860         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1861                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1862         /*
1863          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1864          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1865          * are usually created for non-interactive and
1866          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1867          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1868          * they are created shortly after each other. So they may
1869          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1870          * application, if the application happens to spawn multiple
1871          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1872          * raising.
1873          */
1874         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1875                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1876                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1877                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1878                    (*interactive || soft_rt)));
1879
1880         /*
1881          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1882          * may want to preempt the in-service queue.
1883          */
1884         bfqq_wants_to_preempt =
1885                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1886                                                     arrived_in_time);
1887
1888         /*
1889          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1890          * idle for much more than an interactive queue, then we
1891          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1892          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1893          * to be treated as a queue belonging to a burst
1894          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1895          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1896          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1897          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1898          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1899          * a burst.
1900          */
1901         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1902             idle_for_long_time &&
1903             time_is_before_jiffies(
1904                     bfqq->budget_timeout +
1905                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1906                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1907                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1908         }
1909
1910         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1911
1912         if (bfqd->low_latency) {
1913                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1914                         /* wraparound */
1915                         bfqq->split_time =
1916                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1917
1918                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1919                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1920                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1921                                                          old_wr_coeff,
1922                                                          wr_or_deserves_wr,
1923                                                          *interactive,
1924                                                          in_burst,
1925                                                          soft_rt);
1926
1927                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1928                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1929                 }
1930         }
1931
1932         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1933         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1934         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1935
1936         bfq_add_bfqq_busy(bfqq);
1937
1938         /*
1939          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1940          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1941          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1942          * recover a service hole, as explained in the comments on
1943          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1944          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1945          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1946          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1947          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1948          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1949          * critical, as the in-service queue.
1950          *
1951          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1952          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1953          * condition does not hold, we don't care because, even if
1954          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1955          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1956          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1957          *
1958          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1959          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1960          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1961          * useless preemptions, the return value of
1962          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1963          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1964          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1965          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1966          * timestamps of the in-service queue would need to be
1967          * updated, and this operation is quite costly (see the
1968          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1969          *
1970          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1971          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1972          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1973          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1974          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1975          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1976          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1977          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1978          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1979          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1980          */
1981         if (bfqd->in_service_queue &&
1982             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1983               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1984              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1985              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1986             next_queue_may_preempt(bfqd))
1987                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1988                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1989 }
1990
1991 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1992                                    struct bfq_queue *bfqq)
1993 {
1994         /* invalidate baseline total service time */
1995         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1996
1997         /*
1998          * Reset pointer in case we are waiting for
1999          * some request completion.
2000          */
2001         bfqd->waited_rq = NULL;
2002
2003         /*
2004          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
2005          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
2006          * an injected I/O request may be higher than the think time
2007          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
2008          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
2009          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
2010          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
2011          * adaptive update will however raise the limit soon. This
2012          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
2013          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
2014          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
2015          * expired. This is the very pattern that gives the
2016          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
2017          * injection on request service times, and then to update the
2018          * limit accordingly.
2019          *
2020          * However, in the following special case, the inject limit is
2021          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
2022          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
2023          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
2024          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
2025          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
2026          * this is very convenient both for bfqq and for overall
2027          * throughput, as explained in detail in the comments in
2028          * bfq_update_has_short_ttime().
2029          *
2030          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
2031          * start directly by 1, because:
2032          * a) on the bright side, keeping at most one request in
2033          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
2034          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
2035          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
2036          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
2037          * expire before getting its next request. With this request
2038          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
2039          * times and update the inject limit accordingly (see comments
2040          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
2041          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
2042          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
2043          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
2044          * further reduces chances to actually compute the baseline
2045          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
2046          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
2047          * than 1.
2048          */
2049         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2050                 bfqq->inject_limit = 0;
2051         else
2052                 bfqq->inject_limit = 1;
2053
2054         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2055 }
2056
2057 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2058 {
2059         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2060
2061         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2062                 bfqq->tot_idle_time +=
2063                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2064
2065         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2066                 return;
2067
2068         /*
2069          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2070          * considered I/O bound.
2071          */
2072         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2073                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2074         else
2075                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2076
2077         /*
2078          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2079          * from now.
2080          */
2081         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2082                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2083                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2084         }
2085 }
2086
2087 /*
2088  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2089  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2090  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2091  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2092  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2093  * queue.
2094  *
2095  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2096  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2097  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2098  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2099  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2100  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2101  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2102  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2103  * in bfq_select_queue().
2104  *
2105  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2106  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2107  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2108  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2109  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2110  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2111  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2112  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2113  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2114  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2115  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2116  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2117  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2118  * positives less likely.
2119  *
2120  * NOTE
2121  *
2122  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2123  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2124  * detection is likely to be actually fast, for the following
2125  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2126  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2127  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2128  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2129  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2130  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2131  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2132  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2133  *
2134  * ISSUE
2135  *
2136  * On queue merging all waker information is lost.
2137  */
2138 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2139                             u64 now_ns)
2140 {
2141         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2142
2143         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2144             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2145             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2146             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC)
2147                 return;
2148
2149         /*
2150          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2151          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2152          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2153          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases. 
2154          */
2155         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2156             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2157             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2158                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2159                 /*
2160                  * First synchronization detected with a
2161                  * candidate waker queue, or with a different
2162                  * candidate waker queue from the current one.
2163                  */
2164                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2165                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2166                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2167                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2168                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2169                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2170                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2171         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2172                 bfqq->num_waker_detections++;
2173
2174         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2175                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2176                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2177                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2178                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2179                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2180
2181                 /*
2182                  * If the waker queue disappears, then
2183                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2184                  * this goal, we maintain in each
2185                  * waker queue a list, woken_list, of
2186                  * all the queues that reference the
2187                  * waker queue through their
2188                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2189                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2190                  * of all the queues in the woken_list
2191                  * is reset.
2192                  *
2193                  * In addition, if bfqq is already in
2194                  * the woken_list of a waker queue,
2195                  * then, before being inserted into
2196                  * the woken_list of a new waker
2197                  * queue, bfqq must be removed from
2198                  * the woken_list of the old waker
2199                  * queue.
2200                  */
2201                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2202                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2203                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2204                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2205         }
2206 }
2207
2208 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2209 {
2210         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2211         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2212         struct request *next_rq, *prev;
2213         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2214         bool interactive = false;
2215         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2216
2217         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2218         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2219         /*
2220          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2221          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2222          */
2223         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued + 1);
2224
2225         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && RQ_BIC(rq)->requests <= 1) {
2226                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2227
2228                 /*
2229                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2230                  * the latter eventually drops in case workload
2231                  * changes, see step (3) in the comments on
2232                  * bfq_update_inject_limit().
2233                  */
2234                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2235                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2236                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2237
2238                 /*
2239                  * The following conditions must hold to setup a new
2240                  * sampling of total service time, and then a new
2241                  * update of the inject limit:
2242                  * - bfqq is in service, because the total service
2243                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2244                  *   the queues in service;
2245                  * - this is the right occasion to compute or to
2246                  *   lower the baseline total service time, because
2247                  *   there are actually no requests in the drive,
2248                  *   or
2249                  *   the baseline total service time is available, and
2250                  *   this is the right occasion to compute the other
2251                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2252                  *   the total service time caused by the amount of
2253                  *   injection allowed by the current value of the
2254                  *   limit. It is the right occasion because injection
2255                  *   has actually been performed during the service
2256                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2257                  *   which are very likely to be exactly the injected
2258                  *   requests, or part of them;
2259                  * - the minimum interval for sampling the total
2260                  *   service time and updating the inject limit has
2261                  *   elapsed.
2262                  */
2263                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2264                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2265                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2266                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2267                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2268                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2269                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2270                         /*
2271                          * Start the state machine for measuring the
2272                          * total service time of rq: setting
2273                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2274                          * be set when rq will be dispatched.
2275                          */
2276                         bfqd->wait_dispatch = true;
2277                         /*
2278                          * If there is no I/O in service in the drive,
2279                          * then possible injection occurred before the
2280                          * arrival of rq will not affect the total
2281                          * service time of rq. So the injection limit
2282                          * must not be updated as a function of such
2283                          * total service time, unless new injection
2284                          * occurs before rq is completed. To have the
2285                          * injection limit updated only in the latter
2286                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2287                          * will be set in case injection is performed
2288                          * on bfqq before rq is completed).
2289                          */
2290                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2291                                 bfqd->rqs_injected = false;
2292                 }
2293         }
2294
2295         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2296                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2297
2298         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2299
2300         /*
2301          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2302          */
2303         prev = bfqq->next_rq;
2304         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2305         bfqq->next_rq = next_rq;
2306
2307         /*
2308          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2309          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2310          */
2311         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2312                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2313
2314         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2315                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2316                                                  rq, &interactive);
2317         else {
2318                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2319                     time_is_before_jiffies(
2320                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2321                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2322                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2323                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2324
2325                         bfqd->wr_busy_queues++;
2326                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2327                 }
2328                 if (prev != bfqq->next_rq)
2329                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2330         }
2331
2332         /*
2333          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2334          * cases:
2335          *
2336          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2337          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2338          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2339          *   of information is used only for deciding whether to
2340          *   weight-raise async queues
2341          *
2342          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2343          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2344          *   stores the time when weight-raising starts
2345          *
2346          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2347          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2348          *   period must start or restart (this case is considered
2349          *   separately because it is not detected by the above
2350          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2351          *
2352          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2353          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2354          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2355          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2356          * needed.
2357          */
2358         if (bfqd->low_latency &&
2359                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2360                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2361 }
2362
2363 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2364                                           struct bio *bio,
2365                                           struct request_queue *q)
2366 {
2367         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2368
2369
2370         if (bfqq)
2371                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2372
2373         return NULL;
2374 }
2375
2376 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2377 {
2378         if (last_pos)
2379                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2380
2381         return 0;
2382 }
2383
2384 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2385 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2386 {
2387         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2388
2389         bfqd->rq_in_driver++;
2390 }
2391
2392 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2393 {
2394         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2395
2396         bfqd->rq_in_driver--;
2397 }
2398 #endif
2399
2400 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2401                                struct request *rq)
2402 {
2403         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2404         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2405         const int sync = rq_is_sync(rq);
2406
2407         if (bfqq->next_rq == rq) {
2408                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2409                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2410         }
2411
2412         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2413                 list_del_init(&rq->queuelist);
2414         bfqq->queued[sync]--;
2415         /*
2416          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2417          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2418          */
2419         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued - 1);
2420         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2421
2422         elv_rqhash_del(q, rq);
2423         if (q->last_merge == rq)
2424                 q->last_merge = NULL;
2425
2426         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2427                 bfqq->next_rq = NULL;
2428
2429                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2430                         bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
2431                         /*
2432                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2433                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2434                          * bfqq->entity.budget must contain,
2435                          * respectively, the service received and the
2436                          * budget used last time bfqq emptied. These
2437                          * facts do not hold in this case, as at least
2438                          * this last removal occurred while bfqq is
2439                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2440                          * reset both bfqq->entity.service and
2441                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2442                          * process that may issue I/O requests to it.
2443                          */
2444                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2445                 }
2446
2447                 /*
2448                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2449                  */
2450                 if (bfqq->pos_root) {
2451                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2452                         bfqq->pos_root = NULL;
2453                 }
2454         } else {
2455                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2456                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2457                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2458         }
2459
2460         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2461                 bfqq->meta_pending--;
2462
2463 }
2464
2465 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2466                 unsigned int nr_segs)
2467 {
2468         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2469         struct request *free = NULL;
2470         /*
2471          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2472          * store its return value for later use, to avoid nesting
2473          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2474          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2475          * bfqd->lock is taken.
2476          */
2477         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2478         bool ret;
2479
2480         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2481
2482         if (bic) {
2483                 /*
2484                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2485                  * considering the merge.
2486                  */
2487                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2488
2489                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2490         } else {
2491                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2492         }
2493         bfqd->bio_bic = bic;
2494
2495         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2496
2497         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2498         if (free)
2499                 blk_mq_free_request(free);
2500
2501         return ret;
2502 }
2503
2504 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2505                              struct bio *bio)
2506 {
2507         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2508         struct request *__rq;
2509
2510         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2511         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2512                 *req = __rq;
2513
2514                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2515                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2516                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2517         }
2518
2519         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2520 }
2521
2522 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2523                                enum elv_merge type)
2524 {
2525         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2526             rb_prev(&req->rb_node) &&
2527             blk_rq_pos(req) <
2528             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2529                                     struct request, rb_node))) {
2530                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2531                 struct bfq_data *bfqd;
2532                 struct request *prev, *next_rq;
2533
2534                 if (!bfqq)
2535                         return;
2536
2537                 bfqd = bfqq->bfqd;
2538
2539                 /* Reposition request in its sort_list */
2540                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2541                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2542
2543                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2544                 prev = bfqq->next_rq;
2545                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2546                                          bfqd->last_position);
2547                 bfqq->next_rq = next_rq;
2548                 /*
2549                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2550                  * fit the new request and the queue's position in its
2551                  * rq_pos_tree.
2552                  */
2553                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2554                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2555                         /*
2556                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2557                          * the unlikely().
2558                          */
2559                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2560                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2561                 }
2562         }
2563 }
2564
2565 /*
2566  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2567  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2568  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2569  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2570  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2571  *
2572  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2573  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2574  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2575  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2576  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2577  * only by bfq_insert_request.
2578  */
2579 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2580                                 struct request *next)
2581 {
2582         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2583                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2584
2585         if (!bfqq)
2586                 goto remove;
2587
2588         /*
2589          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2590          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2591          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2592          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2593          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2594          * which would most certainly be too expensive with respect to
2595          * the benefits.
2596          */
2597         if (bfqq == next_bfqq &&
2598             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2599             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2600                 list_del_init(&rq->queuelist);
2601                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2602                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2603         }
2604
2605         if (bfqq->next_rq == next)
2606                 bfqq->next_rq = rq;
2607
2608         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2609 remove:
2610         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2611         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2612                 bfq_remove_request(next->q, next);
2613                 if (next_bfqq)
2614                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2615                                                     next->cmd_flags);
2616         }
2617 }
2618
2619 /* Must be called with bfqq != NULL */
2620 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2621 {
2622         /*
2623          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2624          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2625          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2626          * a soft real-time application. Such an application actually
2627          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2628          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2629          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2630          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2631          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2632          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2633          * very long time.
2634          */
2635
2636         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2637             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2638                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2639
2640         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2641                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2642         bfqq->wr_coeff = 1;
2643         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2644         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2645         /*
2646          * Trigger a weight change on the next invocation of
2647          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2648          */
2649         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2650 }
2651
2652 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2653                              struct bfq_group *bfqg)
2654 {
2655         int i, j;
2656
2657         for (i = 0; i < 2; i++)
2658                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2659                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2660                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2661         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2662                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2663 }
2664
2665 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2666 {
2667         struct bfq_queue *bfqq;
2668
2669         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2670
2671         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2672                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2673         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2674                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2675         bfq_end_wr_async(bfqd);
2676
2677         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2678 }
2679
2680 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2681 {
2682         if (request)
2683                 return blk_rq_pos(io_struct);
2684         else
2685                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2686 }
2687
2688 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2689                                   sector_t sector)
2690 {
2691         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2692                BFQQ_CLOSE_THR;
2693 }
2694
2695 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2696                                          struct bfq_queue *bfqq,
2697                                          sector_t sector)
2698 {
2699         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2700         struct rb_node *parent, *node;
2701         struct bfq_queue *__bfqq;
2702
2703         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2704                 return NULL;
2705
2706         /*
2707          * First, if we find a request starting at the end of the last
2708          * request, choose it.
2709          */
2710         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2711         if (__bfqq)
2712                 return __bfqq;
2713
2714         /*
2715          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2716          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2717          * next_request position).
2718          */
2719         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2720         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2721                 return __bfqq;
2722
2723         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2724                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2725         else
2726                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2727         if (!node)
2728                 return NULL;
2729
2730         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2731         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2732                 return __bfqq;
2733
2734         return NULL;
2735 }
2736
2737 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2738                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2739                                                    sector_t sector)
2740 {
2741         struct bfq_queue *bfqq;
2742
2743         /*
2744          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2745          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2746          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2747          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2748          * the best possible order for throughput.
2749          */
2750         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2751         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2752                 return NULL;
2753
2754         return bfqq;
2755 }
2756
2757 static struct bfq_queue *
2758 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2759 {
2760         int process_refs, new_process_refs;
2761         struct bfq_queue *__bfqq;
2762
2763         /*
2764          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2765          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2766          * may have dropped their last reference (not just their last process
2767          * reference).
2768          */
2769         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2770                 return NULL;
2771
2772         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2773         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2774                 if (__bfqq == bfqq)
2775                         return NULL;
2776                 new_bfqq = __bfqq;
2777         }
2778
2779         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2780         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2781         /*
2782          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2783          * sense in merging the queues.
2784          */
2785         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2786                 return NULL;
2787
2788         /*
2789          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2790          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2791          * for merging.
2792          */
2793         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2794                 return NULL;
2795
2796         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2797                 new_bfqq->pid);
2798
2799         /*
2800          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2801          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2802          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2803          * first time that the requests of some process are redirected to
2804          * it.
2805          *
2806          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2807          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2808          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2809          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2810          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2811          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2812          *
2813          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2814          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2815          * best option, as we feed the in-service queue with new
2816          * requests close to the last request served and, by doing so,
2817          * are likely to increase the throughput.
2818          */
2819         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2820         /*
2821          * The above assignment schedules the following redirections:
2822          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2823          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2824          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2825          * in advance, adding the number of processes that are
2826          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2827          * issue I/O.
2828          */
2829         new_bfqq->ref += process_refs;
2830         return new_bfqq;
2831 }
2832
2833 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2834                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2835 {
2836         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2837                 return false;
2838
2839         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2840             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2841                 return false;
2842
2843         /*
2844          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2845          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2846          * sequential I/O.
2847          */
2848         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2849                 return false;
2850
2851         /*
2852          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2853          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2854          * queues.
2855          */
2856         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2857                 return false;
2858
2859         return true;
2860 }
2861
2862 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2863                                              struct bfq_queue *bfqq);
2864
2865 /*
2866  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2867  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2868  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2869  * structure otherwise.
2870  *
2871  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2872  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2873  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2874  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2875  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2876  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2877  *
2878  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2879  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2880  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2881  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2882  * requests than the ones produced by its originally-associated
2883  * process.
2884  */
2885 static struct bfq_queue *
2886 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2887                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2888 {
2889         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2890
2891         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2892         if (bfqq->new_bfqq)
2893                 return bfqq->new_bfqq;
2894
2895         /*
2896          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2897          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2898          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2899          * must be non null). If we considered also merged queues,
2900          * then we should also check whether bfqq has already been
2901          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2902          * costly and complicated.
2903          */
2904         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2905                 /*
2906                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2907                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2908                  * stable merging) also if bic is associated with a
2909                  * sync queue, but this bfqq is async
2910                  */
2911                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2912                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2913                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2914                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2915                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2916                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2917                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2918                                 bic->stable_merge_bfqq;
2919                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2920                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2921
2922                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2923                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2924
2925                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2926
2927                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2928                             proc_ref > 0) {
2929                                 /* next function will take at least one ref */
2930                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2931                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2932
2933                                 if (new_bfqq) {
2934                                         bic->stably_merged = true;
2935                                         if (new_bfqq->bic)
2936                                                 new_bfqq->bic->stably_merged =
2937                                                                         true;
2938                                 }
2939                                 return new_bfqq;
2940                         } else
2941                                 return NULL;
2942                 }
2943         }
2944
2945         /*
2946          * Do not perform queue merging if the device is non
2947          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2948          * device reaches a high speed through internal parallelism
2949          * and pipelining. This means that, to reach a high
2950          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2951          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2952          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2953          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2954          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2955          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2956          * the throughput reached by the device is likely to be the
2957          * same, with and without queue merging.
2958          *
2959          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2960          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2961          * artificially more uneven, because of shared queues
2962          * remaining non empty for incomparably more time than
2963          * non-merged queues. This may accentuate workload
2964          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2965          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2966          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2967          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2968          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2969          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2970          *
2971          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2972          * of the two branches is more likely than the other, but to
2973          * have the code path after the following if() executed as
2974          * fast as possible for the case of a non rotational device
2975          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2976          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2977          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2978          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2979          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2980          * all.
2981          */
2982         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2983                 return NULL;
2984
2985         /*
2986          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2987          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2988          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2989          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2990          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2991          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2992          * probability that two non-cooperating processes, which just
2993          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2994          * their queues merged by mistake.
2995          */
2996         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2997                 return NULL;
2998
2999         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
3000                 return NULL;
3001
3002         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
3003         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
3004                 return NULL;
3005
3006         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
3007
3008         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
3009             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
3010             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
3011                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
3012             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
3013             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
3014                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
3015                 if (new_bfqq)
3016                         return new_bfqq;
3017         }
3018         /*
3019          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
3020          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
3021          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
3022          */
3023         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
3024                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
3025
3026         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
3027             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
3028                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
3029
3030         return NULL;
3031 }
3032
3033 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
3034 {
3035         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
3036
3037         /*
3038          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
3039          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
3040          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
3041          */
3042         if (!bic)
3043                 return;
3044
3045         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
3046         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
3047         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
3048
3049         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3050         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
3051         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3052         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3053         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3054         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3055         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3056         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3057         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3058                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3059                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3060                 /*
3061                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3062                  * would have deserved interactive weight raising, but
3063                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3064                  * because of this early merge. Store directly the
3065                  * weight-raising state that would have been assigned
3066                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3067                  * to enjoy weight raising if split soon.
3068                  */
3069                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3070                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3071                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3072                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3073         } else {
3074                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3075                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3076                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3077                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
3078                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3079                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3080         }
3081 }
3082
3083
3084 static void
3085 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3086 {
3087         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3088             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3089                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3090         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3091                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3092 }
3093
3094 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3095 {
3096         /*
3097          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3098          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3099          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3100          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3101          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3102          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3103          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3104          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3105          * never happen.
3106          */
3107         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3108             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3109                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
3110
3111         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3112
3113         bfq_put_queue(bfqq);
3114 }
3115
3116 static void
3117 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3118                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3119 {
3120         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3121                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3122         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3123         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3124         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3125         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3126                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3127         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3128
3129         /*
3130          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3131          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3132          * waker, then assume that all these processes will be happy
3133          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3134          * I/O.
3135          */
3136         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3137             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3138                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3139                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3140
3141                 /*
3142                  * If the waker queue disappears, then
3143                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3144                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3145                  * bfq_check_waker for details.
3146                  */
3147                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3148                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3149
3150         }
3151
3152         /*
3153          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3154          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3155          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3156          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3157          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3158          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3159          * easy, thanks to the flag just_created.
3160          */
3161         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3162                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3163                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3164                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3165                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3166                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3167                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3168                         bfqd->wr_busy_queues++;
3169                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3170         }
3171
3172         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3173                 bfqq->wr_coeff = 1;
3174                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3175                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3176                         bfqd->wr_busy_queues--;
3177         }
3178
3179         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3180                      bfqd->wr_busy_queues);
3181
3182         /*
3183          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3184          */
3185         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, true);
3186         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3187         /*
3188          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3189          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3190          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3191          *   be set to NULL, or
3192          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3193          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3194          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3195          *   assignment causes no harm).
3196          */
3197         new_bfqq->bic = NULL;
3198         /*
3199          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3200          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3201          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3202          * because it reports a random pid between those of the associated
3203          * processes.
3204          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3205          * a pid in logging messages.
3206          */
3207         new_bfqq->pid = -1;
3208         bfqq->bic = NULL;
3209
3210         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3211
3212         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3213 }
3214
3215 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3216                                 struct bio *bio)
3217 {
3218         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3219         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3220         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3221
3222         /*
3223          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3224          */
3225         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3226                 return false;
3227
3228         /*
3229          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3230          * merge only if rq is queued there.
3231          */
3232         if (!bfqq)
3233                 return false;
3234
3235         /*
3236          * We take advantage of this function to perform an early merge
3237          * of the queues of possible cooperating processes.
3238          */
3239         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3240         if (new_bfqq) {
3241                 /*
3242                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3243                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3244                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3245                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3246                  * and bfqq can be put.
3247                  */
3248                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3249                                 new_bfqq);
3250                 /*
3251                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3252                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3253                  * merged.
3254                  */
3255                 bfqq = new_bfqq;
3256
3257                 /*
3258                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3259                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3260                  * this function may be invoked again (and then may
3261                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3262                  */
3263                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3264         }
3265
3266         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3267 }
3268
3269 /*
3270  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3271  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3272  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3273  * processes.
3274  */
3275 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3276                                    struct bfq_queue *bfqq)
3277 {
3278         unsigned int timeout_coeff;
3279
3280         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3281                 timeout_coeff = 1;
3282         else
3283                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3284
3285         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3286
3287         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3288                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3289 }
3290
3291 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3292                                        struct bfq_queue *bfqq)
3293 {
3294         if (bfqq) {
3295                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3296
3297                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3298
3299                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3300                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3301                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3302                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3303                         /*
3304                          * For soft real-time queues, move the start
3305                          * of the weight-raising period forward by the
3306                          * time the queue has not received any
3307                          * service. Otherwise, a relatively long
3308                          * service delay is likely to cause the
3309                          * weight-raising period of the queue to end,
3310                          * because of the short duration of the
3311                          * weight-raising period of a soft real-time
3312                          * queue.  It is worth noting that this move
3313                          * is not so dangerous for the other queues,
3314                          * because soft real-time queues are not
3315                          * greedy.
3316                          *
3317                          * To not add a further variable, we use the
3318                          * overloaded field budget_timeout to
3319                          * determine for how long the queue has not
3320                          * received service, i.e., how much time has
3321                          * elapsed since the queue expired. However,
3322                          * this is a little imprecise, because
3323                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3324                          * not only expires, but also remains with no
3325                          * request.
3326                          */
3327                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3328                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3329                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3330                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3331                         else
3332                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3333                 }
3334
3335                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3336                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3337                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3338                              bfqq->entity.budget);
3339         }
3340
3341         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3342         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3343 }
3344
3345 /*
3346  * Get and set a new queue for service.
3347  */
3348 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3349 {
3350         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3351
3352         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3353         return bfqq;
3354 }
3355
3356 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3357 {
3358         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3359         u32 sl;
3360
3361         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3362
3363         /*
3364          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3365          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3366          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3367          */
3368         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3369         /*
3370          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3371          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3372          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3373          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3374          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3375          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3376          * needed if the queue has a higher weight than some other
3377          * queue).
3378          */
3379         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3380             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3381                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3382         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3383                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3384
3385         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3386         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3387
3388         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3389                       HRTIMER_MODE_REL);
3390         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3391 }
3392
3393 /*
3394  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3395  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3396  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3397  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3398  * this maximises throughput with sequential workloads.
3399  */
3400 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3401 {
3402         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3403                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3404 }
3405
3406 /*
3407  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3408  * function of the estimated peak rate. See comments on
3409  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3410  */
3411 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3412 {
3413         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3414                 bfqd->bfq_max_budget =
3415                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3416                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3417         }
3418 }
3419
3420 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3421                                        struct request *rq)
3422 {
3423         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3424                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3425                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3426                 bfqd->sequential_samples = 0;
3427                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3428                         blk_rq_sectors(rq);
3429         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3430                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3431
3432         bfq_log(bfqd,
3433                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3434                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3435                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3436 }
3437
3438 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3439 {
3440         u32 rate, weight, divisor;
3441
3442         /*
3443          * For the convergence property to hold (see comments on
3444          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3445          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3446          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3447          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3448          * for a new evaluation attempt.
3449          */
3450         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3451             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3452                 goto reset_computation;
3453
3454         /*
3455          * If a new request completion has occurred after last
3456          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3457          * have been served by the device, it is more precise to
3458          * extend the observation interval to the last completion.
3459          */
3460         bfqd->delta_from_first =
3461                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3462                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3463
3464         /*
3465          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3466          * precision issues.
3467          */
3468         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3469                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3470
3471         /*
3472          * Peak rate not updated if:
3473          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3474          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3475          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3476          */
3477         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3478              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3479                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3480                 goto reset_computation;
3481
3482         /*
3483          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3484          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3485          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3486          * measured rate.
3487          *
3488          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3489          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3490          * and to how long the observation time interval is.
3491          *
3492          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3493          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3494          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3495          * the measured rate contributes for half of the next value of
3496          * the estimated peak rate.
3497          *
3498          * So, the first step is to compute the weight as a function
3499          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3500          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3501          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3502          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3503          * incremented for the first sample.
3504          */
3505         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3506
3507         /*
3508          * Second step: further refine the weight as a function of the
3509          * duration of the observation interval.
3510          */
3511         weight = min_t(u32, 8,
3512                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3513                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3514
3515         /*
3516          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3517          * maximum weight.
3518          */
3519         divisor = 10 - weight;
3520
3521         /*
3522          * Finally, update peak rate:
3523          *
3524          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3525          */
3526         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3527         bfqd->peak_rate /= divisor;
3528         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3529
3530         bfqd->peak_rate += rate;
3531
3532         /*
3533          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3534          * the minimum representable values reported in the comments
3535          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3536          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3537          * divisor.
3538          */
3539         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3540
3541         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3542
3543 reset_computation:
3544         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3545 }
3546
3547 /*
3548  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3549  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3550  *
3551  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3552  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3553  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3554  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3555  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3556  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3557  * by the device.
3558  *
3559  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3560  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3561  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3562  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3563  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3564  * unknown, namely in-device request service rate.
3565  *
3566  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3567  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3568  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3569  * same requests are then served. But, since the size of any
3570  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3571  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3572  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3573  * closer and closer to the number of requests completed as the
3574  * observation interval grows. This is the key property used in
3575  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3576  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3577  * on every request dispatch.
3578  */
3579 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3580 {
3581         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3582
3583         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3584                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3585                         bfqd->peak_rate_samples);
3586                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3587                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3588         }
3589
3590         /*
3591          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3592          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3593          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3594          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3595          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3596          * taken:
3597          * - close the observation interval at the last (previous)
3598          *   request dispatch or completion
3599          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3600          * - start a new observation interval with this dispatch
3601          */
3602         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3603             bfqd->rq_in_driver == 0)
3604                 goto update_rate_and_reset;
3605
3606         /* Update sampling information */
3607         bfqd->peak_rate_samples++;
3608
3609         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3610                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3611             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3612                 bfqd->sequential_samples++;
3613
3614         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3615
3616         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3617         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3618                 bfqd->last_rq_max_size =
3619                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3620         else
3621                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3622
3623         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3624
3625         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3626         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3627                 goto update_last_values;
3628
3629 update_rate_and_reset:
3630         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3631 update_last_values:
3632         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3633         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3634                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3635         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3636 }
3637
3638 /*
3639  * Remove request from internal lists.
3640  */
3641 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3642 {
3643         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3644
3645         /*
3646          * For consistency, the next instruction should have been
3647          * executed after removing the request from the queue and
3648          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3649          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3650          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3651          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3652          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3653          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3654          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3655          * happens to be taken into account.
3656          */
3657         bfqq->dispatched++;
3658         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3659
3660         bfq_remove_request(q, rq);
3661 }
3662
3663 /*
3664  * There is a case where idling does not have to be performed for
3665  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3666  * the process associated with bfqq.
3667  *
3668  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3669  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3670  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3671  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3672  * actual request service order. In particular, the critical
3673  * situation is when requests from different processes happen
3674  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3675  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3676  * the service order of the internally-queued requests, does
3677  * determine also the actual throughput distribution among
3678  * these processes. But the drive typically has no notion or
3679  * concern about per-process throughput distribution, and
3680  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3681  * the service distribution enforced by the drive's internal
3682  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3683  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3684  * skewed scenario where:
3685  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3686  *       the others,
3687  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3688  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3689  *       throughput than any of the other processes;
3690  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3691  *       terms of locality (sequential or random), direction
3692  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3693  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3694
3695  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3696  * of each process in about the same way as the requests of the
3697  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3698  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3699  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3700  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3701  * bfqq.
3702  *
3703  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3704  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3705  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3706  * (see [1] for details).
3707  *
3708  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3709  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3710  * example is sync random I/O on flash storage with command
3711  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3712  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3713  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3714  * service guarantees.
3715  *
3716  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3717  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3718  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3719  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3720  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3721  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3722  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3723  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3724  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3725  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3726  * some request already dispatched but still waiting for
3727  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3728  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3729  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3730  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3731  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3732  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3733  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3734  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3735  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3736  * bi-modal behavior, implemented in the function
3737  * bfq_asymmetric_scenario().
3738  *
3739  * If there are groups with requests waiting for completion
3740  * (as commented above, some of these groups may even be
3741  * already inactive), then the scenario is tagged as
3742  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3743  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3744  * This behavior matches also the fact that groups are created
3745  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3746  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3747  *
3748  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3749  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3750  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3751  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3752  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3753  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3754  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3755  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3756  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3757  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3758  * have the same weight.
3759  *
3760  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3761  * risk of getting less throughput than its fair share.
3762  * However, for queues with the same weight, a further
3763  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3764  * problem. And it does so without consequences on overall
3765  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3766  * in the next three paragraphs.
3767  *
3768  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3769  * can still preempt the new in-service queue if the next
3770  * request of Q arrives soon (see the comments on
3771  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3772  * groups have the same weight, this form of preemption,
3773  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3774  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3775  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3776  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3777  * idling allows the internal queues of the device to contain
3778  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3779  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3780  * minimum of mid-term fairness.
3781  *
3782  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3783  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3784  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3785  * that there are two queues with the same weight, but that
3786  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3787  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3788  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3789  * most one request at a time, which implies that each queue
3790  * always remains idle after it is served. Finally, after
3791  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3792  * request. It follows that the two queues are served
3793  * alternatively, preempting each other if needed. This
3794  * implies that, although both queues have the same weight,
3795  * the queue with large requests receives a service that is
3796  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3797  * queue.
3798  *
3799  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3800  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3801  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3802  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3803  * there is no active group, then the primary expectation for
3804  * this device is probably a high throughput.
3805  *
3806  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3807  * additional compound condition that is checked below for deciding
3808  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3809  * sub-condition, we need to add that the function
3810  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3811  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3812  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3813  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3814  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3815  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3816  * requests waiting for completion happen to be
3817  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3818  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3819  * weight raising.
3820  *
3821  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3822  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3823  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3824  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3825  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3826  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3827  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3828  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3829  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3830  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3831  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3832  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3833  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3834  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3835  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3836  * lose because of this delay.
3837  *
3838  * As a side note, it is worth considering that the above
3839  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3840  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3841  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3842  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3843  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3844  * may become impossible to make requests be served in the desired
3845  * order until all the requests already queued in the device have been
3846  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3847  * this problem for weight-raised queues.
3848  *
3849  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3850  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3851  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3852  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3853  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3854  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3855  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3856  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3857  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3858  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3859  * be served. In particular, event (2) may case even already
3860  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3861  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3862  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3863  */
3864 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3865                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3866 {
3867         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3868
3869         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3870         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3871                 return false;
3872
3873         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3874                 (bfqd->wr_busy_queues <
3875                  tot_busy_queues ||
3876                  bfqd->rq_in_driver >=
3877                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3878                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3879                 tot_busy_queues == 1;
3880 }
3881
3882 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3883                               enum bfqq_expiration reason)
3884 {
3885         /*
3886          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3887          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3888          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3889          * break the queues apart again.
3890          */
3891         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3892                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3893
3894         /*
3895          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3896          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3897          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3898          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3899          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3900          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3901          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3902          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3903          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3904          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3905          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3906          */
3907         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3908             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3909               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3910                 if (bfqq->dispatched == 0)
3911                         /*
3912                          * Overloading budget_timeout field to store
3913                          * the time at which the queue remains with no
3914                          * backlog and no outstanding request; used by
3915                          * the weight-raising mechanism.
3916                          */
3917                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3918
3919                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, true);
3920         } else {
3921                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3922                 /*
3923                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3924                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3925                  */
3926                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3927                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3928                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3929         }
3930
3931         /*
3932          * All in-service entities must have been properly deactivated
3933          * or requeued before executing the next function, which
3934          * resets all in-service entities as no more in service. This
3935          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3936          * function returns true.
3937          */
3938         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3939 }
3940
3941 /**
3942  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3943  * @bfqd: device data.
3944  * @bfqq: queue to update.
3945  * @reason: reason for expiration.
3946  *
3947  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3948  * See the body for detailed comments.
3949  */
3950 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3951                                      struct bfq_queue *bfqq,
3952                                      enum bfqq_expiration reason)
3953 {
3954         struct request *next_rq;
3955         int budget, min_budget;
3956
3957         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3958
3959         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3960                 budget = bfqq->max_budget;
3961         else /*
3962               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3963               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3964               * than the minimum possible budget, to cause a little
3965               * bit fewer expirations.
3966               */
3967                 budget = 2 * min_budget;
3968
3969         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3970                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3971         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3972                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3973         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3974                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3975
3976         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3977                 switch (reason) {
3978                 /*
3979                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3980                  * for throughput.
3981                  */
3982                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3983                         /*
3984                          * This is the only case where we may reduce
3985                          * the budget: if there is no request of the
3986                          * process still waiting for completion, then
3987                          * we assume (tentatively) that the timer has
3988                          * expired because the batch of requests of
3989                          * the process could have been served with a
3990                          * smaller budget.  Hence, betting that
3991                          * process will behave in the same way when it
3992                          * becomes backlogged again, we reduce its
3993                          * next budget.  As long as we guess right,
3994                          * this budget cut reduces the latency
3995                          * experienced by the process.
3996                          *
3997                          * However, if there are still outstanding
3998                          * requests, then the process may have not yet
3999                          * issued its next request just because it is
4000                          * still waiting for the completion of some of
4001                          * the still outstanding ones.  So in this
4002                          * subcase we do not reduce its budget, on the
4003                          * contrary we increase it to possibly boost
4004                          * the throughput, as discussed in the
4005                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
4006                          */
4007                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
4008                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
4009                         else {
4010                                 if (budget > 5 * min_budget)
4011                                         budget -= 4 * min_budget;
4012                                 else
4013                                         budget = min_budget;
4014                         }
4015                         break;
4016                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
4017                         /*
4018                          * We double the budget here because it gives
4019                          * the chance to boost the throughput if this
4020                          * is not a seeky process (and has bumped into
4021                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
4022                          */
4023                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
4024                         break;
4025                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
4026                         /*
4027                          * The process still has backlog, and did not
4028                          * let either the budget timeout or the disk
4029                          * idling timeout expire. Hence it is not
4030                          * seeky, has a short thinktime and may be
4031                          * happy with a higher budget too. So
4032                          * definitely increase the budget of this good
4033                          * candidate to boost the disk throughput.
4034                          */
4035                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
4036                         break;
4037                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
4038                         /*
4039                          * For queues that expire for this reason, it
4040                          * is particularly important to keep the
4041                          * budget close to the actual service they
4042                          * need. Doing so reduces the timestamp
4043                          * misalignment problem described in the
4044                          * comments in the body of
4045                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
4046                          * that a queue systematically expires for
4047                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
4048                          * new request in time to enjoy timestamp
4049                          * back-shifting. The larger the budget of the
4050                          * queue is with respect to the service the
4051                          * queue actually requests in each service
4052                          * slot, the more times the queue can be
4053                          * reactivated with the same virtual finish
4054                          * time. It follows that, even if this finish
4055                          * time is pushed to the system virtual time
4056                          * to reduce the consequent timestamp
4057                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4058                          * many re-activations a lower finish time
4059                          * than all newly activated queues.
4060                          *
4061                          * The service needed by bfqq is measured
4062                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4063                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4064                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4065                          * of sectors that the process associated with
4066                          * bfqq requested to read/write before waiting
4067                          * for request completions, or blocking for
4068                          * other reasons.
4069                          */
4070                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4071                         break;
4072                 default:
4073                         return;
4074                 }
4075         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4076                 /*
4077                  * Async queues get always the maximum possible
4078                  * budget, as for them we do not care about latency
4079                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4080                  * by the charging factor).
4081                  */
4082                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4083         }
4084
4085         bfqq->max_budget = budget;
4086
4087         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4088             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4089                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4090
4091         /*
4092          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4093          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4094          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4095          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4096          * update.
4097          *
4098          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4099          * it will be updated on the arrival of a new request.
4100          */
4101         next_rq = bfqq->next_rq;
4102         if (next_rq)
4103                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4104                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4105
4106         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4107                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4108                         bfqq->entity.budget);
4109 }
4110
4111 /*
4112  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4113  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4114  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4115  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4116  * on the function bfq_bfqq_expire().
4117  *
4118  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4119  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4120  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4121  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4122  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4123  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4124  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4125  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4126  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4127  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4128  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4129  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4130  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4131  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4132  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4133  * finishes.
4134  *
4135  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4136  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4137  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4138  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4139  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4140  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4141  */
4142 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4143                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4144                                  unsigned long *delta_ms)
4145 {
4146         ktime_t delta_ktime;
4147         u32 delta_usecs;
4148         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4149
4150         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4151                 return false;
4152
4153         if (compensate)
4154                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4155         else
4156                 delta_ktime = ktime_get();
4157         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4158         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4159
4160         /* don't use too short time intervals */
4161         if (delta_usecs < 1000) {
4162                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4163                          /*
4164                           * give same worst-case guarantees as idling
4165                           * for seeky
4166                           */
4167                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4168                 else /* charge at least one seek */
4169                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4170
4171                 return slow;
4172         }
4173
4174         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4175
4176         /*
4177          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4178          * spikes in service rate estimation.
4179          */
4180         if (delta_usecs > 20000) {
4181                 /*
4182                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4183                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4184                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4185                  * rate is likely to be an average over the disk
4186                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4187                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4188                  * its rate has been lower than half of the estimated
4189                  * peak rate.
4190                  */
4191                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4192         }
4193
4194         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4195
4196         return slow;
4197 }
4198
4199 /*
4200  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4201  * requirements. First, the application must not require an average
4202  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4203  * record a compressed high-definition video.
4204  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4205  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4206  * that, if the next request of the application does not arrive before
4207  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4208  *
4209  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4210  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4211  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4212  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4213  * and so on.
4214  * For this reason the next function is invoked to compute
4215  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4216  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4217  * not.
4218  *
4219  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4220  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4221  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4222  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4223  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4224  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4225  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4226  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4227  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4228  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4229  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4230  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4231  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4232  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4233  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4234  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4235  *
4236  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4237  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4238  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4239  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4240  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4241  *     the return value of this function with the current time plus
4242  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4243  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4244  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4245  *     real-time application spends some time processing data, after a
4246  *     batch of its requests has been completed.
4247  *
4248  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4249  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4250  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4251  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4252  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4253  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4254  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4255  *     time intervals are usually interspersed between other time
4256  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4257  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4258  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4259  *     function happen to be so high, near the end of any such
4260  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4261  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4262  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4263  *     this function. As a consequence, if the last value of
4264  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4265  *     next value that this function may return, then, from the very
4266  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4267  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4268  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4269  *     to soon for the application to be deemed as soft
4270  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4271  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4272  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4273  *
4274  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4275  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4276  * application, if the reference quantity was just
4277  * bfqd->bfq_slice_idle:
4278  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4279  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4280  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4281  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4282  *    is rather lower than the exact value.
4283  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4284  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4285  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4286  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4287  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4288  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4289  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4290  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4291  */
4292 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4293                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4294 {
4295         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4296                     bfqq->last_idle_bklogged +
4297                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4298                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4299                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4300 }
4301
4302 /**
4303  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4304  * @bfqd: device owning the queue.
4305  * @bfqq: the queue to expire.
4306  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4307  * @reason: the reason causing the expiration.
4308  *
4309  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4310  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4311  * in service instead of the service it has received (see
4312  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4313  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4314  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4315  * received more service than what it has actually received. In the
4316  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4317  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4318  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4319  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4320  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4321  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4322  *
4323  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4324  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4325  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4326  * guarantees among the latter.
4327  */
4328 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4329                      struct bfq_queue *bfqq,
4330                      bool compensate,
4331                      enum bfqq_expiration reason)
4332 {
4333         bool slow;
4334         unsigned long delta = 0;
4335         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4336
4337         /*
4338          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4339          */
4340         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4341
4342         /*
4343          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4344          * timed-out queues with the time and not the service
4345          * received, to favor sequential workloads.
4346          *
4347          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4348          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4349          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4350          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4351          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4352          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4353          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4354          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4355          * or quasi-sequential processes.
4356          */
4357         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4358             (slow ||
4359              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4360               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4361                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4362
4363         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4364                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4365
4366         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4367             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4368                 /*
4369                  * If we get here, and there are no outstanding
4370                  * requests, then the request pattern is isochronous
4371                  * (see the comments on the function
4372                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4373                  * compute soft_rt_next_start.
4374                  *
4375                  * If, instead, the queue still has outstanding
4376                  * requests, then we have to wait for the completion
4377                  * of all the outstanding requests to discover whether
4378                  * the request pattern is actually isochronous.
4379                  */
4380                 if (bfqq->dispatched == 0)
4381                         bfqq->soft_rt_next_start =
4382                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4383                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4384                         /*
4385                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4386                          * the task may be discovered to be isochronous.
4387                          */
4388                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4389                 }
4390         }
4391
4392         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4393                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4394                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4395
4396         /*
4397          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4398          * any longer: reset state machine for measuring total service
4399          * times.
4400          */
4401         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4402         bfqd->waited_rq = NULL;
4403
4404         /*
4405          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4406          * reason.
4407          */
4408         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4409         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4410                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4411                 return;
4412
4413         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4414         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4415             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4416             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4417                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4418                 /*
4419                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4420                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4421                  * service with this same budget (as if it never expired)
4422                  */
4423         } else
4424                 entity->service = 0;
4425
4426         /*
4427          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4428          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4429          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4430          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4431          * chance to go on being served using the last, partially
4432          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4433          * because if bfqq then actually goes on being served using
4434          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4435          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4436          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4437          * to keep entity->service for parent entities too, because
4438          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4439          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4440          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4441          * service with the same budget.
4442          */
4443         entity = entity->parent;
4444         for_each_entity(entity)
4445                 entity->service = 0;
4446 }
4447
4448 /*
4449  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4450  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4451  * idle timer expirations.
4452  */
4453 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4454 {
4455         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4456 }
4457
4458 /*
4459  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4460  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4461  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4462  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4463  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4464  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4465  */
4466 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4467 {
4468         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4469                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4470                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4471                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4472                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4473
4474         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4475                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4476                 &&
4477                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4478 }
4479
4480 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4481                                              struct bfq_queue *bfqq)
4482 {
4483         bool rot_without_queueing =
4484                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4485                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4486                 idling_boosts_thr;
4487
4488         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4489         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4490                 return false;
4491
4492         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4493                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4494
4495         /*
4496          * The next variable takes into account the cases where idling
4497          * boosts the throughput.
4498          *
4499          * The value of the variable is computed considering, first, that
4500          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4501          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4502          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4503          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4504          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4505          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4506          *     I/O-bound and sequential.
4507          *
4508          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4509          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4510          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4511          * the throughput in proportion to how fast the device
4512          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4513          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4514          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4515          * flash-based device.
4516          */
4517         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4518                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4519                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4520
4521         /*
4522          * The return value of this function is equal to that of
4523          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4524          * special case, described below, idling may cause problems to
4525          * weight-raised queues.
4526          *
4527          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4528          * of write hogs), if the processes associated with
4529          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4530          * then processes associated with weight-raised queues have a
4531          * higher probability to get a request from the pool
4532          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4533          * they have a higher probability to actually get a fraction
4534          * of the device throughput proportional to their high
4535          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4536          * which enqueue several requests in advance, and further
4537          * reorder internally-queued requests.
4538          *
4539          * For this reason, we force to false the return value if
4540          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4541          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4542          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4543          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4544          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4545          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4546          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4547          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4548          * requests from the request pool, before the busy
4549          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4550          * starvation problems in the presence of heavy write
4551          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4552          * application and system responsiveness in these hostile
4553          * scenarios.
4554          */
4555         return idling_boosts_thr &&
4556                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4557 }
4558
4559 /*
4560  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4561  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4562  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4563  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4564  * critical role as well.
4565  *
4566  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4567  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4568  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4569  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4570  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4571  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4572  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4573  * issue.
4574  *
4575  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4576  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4577  * functions providing the main pieces of information needed by this
4578  * function.
4579  */
4580 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4581 {
4582         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4583         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4584
4585         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4586         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4587                 return false;
4588
4589         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4590                 return true;
4591
4592         /*
4593          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4594          * do not idle if
4595          * (a) bfqq is async
4596          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4597          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4598          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4599          */
4600         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4601            bfq_class_idle(bfqq))
4602                 return false;
4603
4604         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4605                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4606
4607         idling_needed_for_service_guar =
4608                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4609
4610         /*
4611          * We have now the two components we need to compute the
4612          * return value of the function, which is true only if idling
4613          * either boosts the throughput (without issues), or is
4614          * necessary to preserve service guarantees.
4615          */
4616         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4617                 idling_needed_for_service_guar;
4618 }
4619
4620 /*
4621  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4622  * returns true, then:
4623  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4624  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4625  *    request for the queue.
4626  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4627  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4628  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4629  * returns true.
4630  */
4631 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4632 {
4633         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4634 }
4635
4636 /*
4637  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4638  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4639  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4640  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4641  * below.
4642  */
4643 static struct bfq_queue *
4644 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4645 {
4646         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4647         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4648         /*
4649          * If
4650          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4651          *   time-critical I/O,
4652          * or
4653          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4654          *   however a long think time, during which it can absorb the
4655          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4656          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4657          *   details on the computation of this number);
4658          * then injection can be performed without restrictions.
4659          */
4660         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4661                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4662
4663         /*
4664          * If
4665          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4666          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4667          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4668          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4669          *   significantly;
4670          * then temporarily raise inject limit to one request.
4671          */
4672         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4673             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4674             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4675                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4676                 )
4677                 limit = 1;
4678
4679         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4680                 return NULL;
4681
4682         /*
4683          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4684          * a high probability, very few steps are needed to find a
4685          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4686          * its next request. In fact:
4687          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4688          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4689          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4690          *   service, then the queue is removed from the active list
4691          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4692          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4693          */
4694         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4695                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4696                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4697                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4698                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4699                         /*
4700                          * Allow for only one large in-flight request
4701                          * on non-rotational devices, for the
4702                          * following reason. On non-rotationl drives,
4703                          * large requests take much longer than
4704                          * smaller requests to be served. In addition,
4705                          * the drive prefers to serve large requests
4706                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4707                          * having more than one large requests queued
4708                          * in the drive may easily make the next first
4709                          * request of the in-service queue wait for so
4710                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4711                          * the bright side, large requests let the
4712                          * drive reach a very high throughput, even if
4713                          * there is only one in-flight large request
4714                          * at a time.
4715                          */
4716                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4717                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4718                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4719                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4720                         else
4721                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4722
4723                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4724                                 bfqd->rqs_injected = true;
4725                                 return bfqq;
4726                         }
4727                 }
4728
4729         return NULL;
4730 }
4731
4732 /*
4733  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4734  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4735  */
4736 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4737 {
4738         struct bfq_queue *bfqq;
4739         struct request *next_rq;
4740         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4741
4742         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4743         if (!bfqq)
4744                 goto new_queue;
4745
4746         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4747
4748         /*
4749          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4750          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4751          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4752          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4753          * bfq_completed_request().
4754          */
4755         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4756             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4757                 goto expire;
4758
4759 check_queue:
4760         /*
4761          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4762          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4763          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4764          * request served.
4765          */
4766         next_rq = bfqq->next_rq;
4767         /*
4768          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4769          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4770          */
4771         if (next_rq) {
4772                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4773                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4774                         /*
4775                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4776                          * which makes sure that the next budget is
4777                          * enough to serve the next request, even if
4778                          * it comes from the fifo expired path.
4779                          */
4780                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4781                         goto expire;
4782                 } else {
4783                         /*
4784                          * The idle timer may be pending because we may
4785                          * not disable disk idling even when a new request
4786                          * arrives.
4787                          */
4788                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4789                                 /*
4790                                  * If we get here: 1) at least a new request
4791                                  * has arrived but we have not disabled the
4792                                  * timer because the request was too small,
4793                                  * 2) then the block layer has unplugged
4794                                  * the device, causing the dispatch to be
4795                                  * invoked.
4796                                  *
4797                                  * Since the device is unplugged, now the
4798                                  * requests are probably large enough to
4799                                  * provide a reasonable throughput.
4800                                  * So we disable idling.
4801                                  */
4802                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4803                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4804                         }
4805                         goto keep_queue;
4806                 }
4807         }
4808
4809         /*
4810          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4811          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4812          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4813          *
4814          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4815          * throughput and is possible.
4816          */
4817         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4818             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4819                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4820                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4821                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4822                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4823                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4824                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4825                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4826                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4827                                      struct bfq_queue,
4828                                      woken_list_node)
4829                         : NULL;
4830
4831                 /*
4832                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4833                  * whether to try injection, and choose the queue to
4834                  * pick an I/O request from.
4835                  *
4836                  * The first if checks whether the process associated
4837                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4838                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4839                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4840                  * process. On the contrary, it can only increase
4841                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4842                  *
4843                  * The second if checks whether there happens to be a
4844                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4845                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4846                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4847                  * a process that does some sync. A sync generates
4848                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4849                  * the process associated with bfqq can go on with its
4850                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4851                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4852                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4853                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4854                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4855                  * throughput. The best action to take is therefore to
4856                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4857                  * (without relying on the third alternative below for
4858                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4859                  * paragraph for further details). This systematic
4860                  * injection of I/O from the waker queue does not
4861                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4862                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4863                  * for it is not blocked for milliseconds.
4864                  *
4865                  * The third if checks whether there is a queue woken
4866                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4867                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4868                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4869                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4870                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4871                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4872                  *
4873                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4874                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4875                  * bfqq delivers more throughput when served without
4876                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4877                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4878                  * count more than overall throughput, and may be
4879                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4880                  * has a short think time). If none of these
4881                  * conditions holds, then a candidate queue for
4882                  * injection is looked for through
4883                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4884                  * latter may return NULL (for example if the inject
4885                  * limit for bfqq is currently 0).
4886                  *
4887                  * NOTE: motivation for the second alternative
4888                  *
4889                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4890                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4891                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4892                  * waker queue has pending I/O requests that are
4893                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4894                  * above lets the waker queue get served before the
4895                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4896                  * second alternative superfluous. It is not, because
4897                  * the fourth alternative may be way less effective in
4898                  * case of a synchronization. For two main
4899                  * reasons. First, throughput may be low because the
4900                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4901                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4902                  * other queues, that the second alternative
4903                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4904                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4905                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4906                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4907                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4908                  * may not be minimized, because the waker queue may
4909                  * happen to be served only after other queues.
4910                  */
4911                 if (async_bfqq &&
4912                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4913                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4914                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4915                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4916                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4917                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4918                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4919                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4920                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4921                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4922                         )
4923                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4924                 else if (blocked_bfqq &&
4925                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4926                            blocked_bfqq->next_rq &&
4927                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4928                                               blocked_bfqq) <=
4929                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4930                         )
4931                         bfqq = blocked_bfqq;
4932                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4933                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4934                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4935                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4936                 else
4937                         bfqq = NULL;
4938
4939                 goto keep_queue;
4940         }
4941
4942         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4943 expire:
4944         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4945 new_queue:
4946         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4947         if (bfqq) {
4948                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4949                 goto check_queue;
4950         }
4951 keep_queue:
4952         if (bfqq)
4953                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4954         else
4955                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4956
4957         return bfqq;
4958 }
4959
4960 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4961 {
4962         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4963
4964         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4965                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4966                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4967                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4968                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4969                         bfqq->wr_coeff,
4970                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4971
4972                 if (entity->prio_changed)
4973                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4974
4975                 /*
4976                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4977                  * time has elapsed from the beginning of this
4978                  * weight-raising period, then end weight raising.
4979                  */
4980                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4981                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4982                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4983                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4984                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4985                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4986                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4987                                 /*
4988                                  * Either in interactive weight
4989                                  * raising, or in soft_rt weight
4990                                  * raising with the
4991                                  * interactive-weight-raising period
4992                                  * elapsed (so no switch back to
4993                                  * interactive weight raising).
4994                                  */
4995                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4996                         } else { /*
4997                                   * soft_rt finishing while still in
4998                                   * interactive period, switch back to
4999                                   * interactive weight raising
5000                                   */
5001                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5002                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
5003                         }
5004                 }
5005                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5006                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5007                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
5008                         /* see comments on max_service_from_wr */
5009                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5010                 }
5011         }
5012         /*
5013          * To improve latency (for this or other queues), immediately
5014          * update weight both if it must be raised and if it must be
5015          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
5016          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
5017          * next function with the last parameter unset (see the
5018          * comments on the function).
5019          */
5020         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
5021                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
5022                                                 entity, false);
5023 }
5024
5025 /*
5026  * Dispatch next request from bfqq.
5027  */
5028 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5029                                                  struct bfq_queue *bfqq)
5030 {
5031         struct request *rq = bfqq->next_rq;
5032         unsigned long service_to_charge;
5033
5034         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
5035
5036         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
5037
5038         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
5039                 bfqd->wait_dispatch = false;
5040                 bfqd->waited_rq = rq;
5041         }
5042
5043         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
5044
5045         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
5046                 goto return_rq;
5047
5048         /*
5049          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5050          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5051          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5052          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5053          * weight-raised during this service slot, even if it has
5054          * received part or even most of the service as a
5055          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5056          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5057          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5058          */
5059         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5060
5061         /*
5062          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5063          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5064          * service.
5065          */
5066         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
5067                 goto return_rq;
5068
5069         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5070
5071 return_rq:
5072         return rq;
5073 }
5074
5075 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5076 {
5077         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5078
5079         /*
5080          * Avoiding lock: a race on bfqd->queued should cause at
5081          * most a call to dispatch for nothing
5082          */
5083         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5084                 READ_ONCE(bfqd->queued);
5085 }
5086
5087 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5088 {
5089         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5090         struct request *rq = NULL;
5091         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5092
5093         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5094                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5095                                       queuelist);
5096                 list_del_init(&rq->queuelist);
5097
5098                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5099
5100                 if (bfqq) {
5101                         /*
5102                          * Increment counters here, because this
5103                          * dispatch does not follow the standard
5104                          * dispatch flow (where counters are
5105                          * incremented)
5106                          */
5107                         bfqq->dispatched++;
5108
5109                         goto inc_in_driver_start_rq;
5110                 }
5111
5112                 /*
5113                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5114                  * decrement rq_in_driver, but
5115                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5116                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5117                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
5118                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
5119                  * lower than it should be while this request is in
5120                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5121                  * invoked uselessly.
5122                  *
5123                  * As for implementing an exact solution, the
5124                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5125                  * probably invoked also on this request. So, by
5126                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5127                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5128                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5129                  * let the value of the counter be always accurate,
5130                  * but it would entail using an extra interface
5131                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5132                  * being the frequency of non-elevator-private
5133                  * requests very low.
5134                  */
5135                 goto start_rq;
5136         }
5137
5138         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5139                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5140
5141         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5142                 goto exit;
5143
5144         /*
5145          * Force device to serve one request at a time if
5146          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5147          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5148          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5149          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5150          * some unlucky request wait for as long as the device
5151          * wishes.
5152          *
5153          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5154          * throughput.
5155          */
5156         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5157                 goto exit;
5158
5159         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5160         if (!bfqq)
5161                 goto exit;
5162
5163         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5164
5165         if (rq) {
5166 inc_in_driver_start_rq:
5167                 bfqd->rq_in_driver++;
5168 start_rq:
5169                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5170         }
5171 exit:
5172         return rq;
5173 }
5174
5175 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5176 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5177                                       struct request *rq,
5178                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5179                                       bool idle_timer_disabled)
5180 {
5181         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5182
5183         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5184                 return;
5185
5186         /*
5187          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5188          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5189          * dispatched to the device, and then can be completed and
5190          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5191          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5192          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5193          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5194          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5195          *
5196          * In addition, the following queue lock guarantees that
5197          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5198          */
5199         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5200         if (idle_timer_disabled)
5201                 /*
5202                  * Since the idle timer has been disabled,
5203                  * in_serv_queue contained some request when
5204                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5205                  * implies that rq was picked exactly from
5206                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5207                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5208                  * arguments.
5209                  */
5210                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5211         if (bfqq) {
5212                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5213
5214                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5215                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5216                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5217         }
5218         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5219 }
5220 #else
5221 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5222                                              struct request *rq,
5223                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5224                                              bool idle_timer_disabled) {}
5225 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5226
5227 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5228 {
5229         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5230         struct request *rq;
5231         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5232         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5233
5234         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5235
5236         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5237         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5238
5239         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5240         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5241                 idle_timer_disabled =
5242                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5243         }
5244
5245         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5246         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5247                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5248                                 idle_timer_disabled);
5249
5250         return rq;
5251 }
5252
5253 /*
5254  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5255  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5256  *
5257  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5258  * this function on it.
5259  */
5260 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5261 {
5262         struct bfq_queue *item;
5263         struct hlist_node *n;
5264         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5265
5266         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d", bfqq, bfqq->ref);
5267
5268         bfqq->ref--;
5269         if (bfqq->ref)
5270                 return;
5271
5272         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5273                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5274                 /*
5275                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5276                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5277                  * does not contribute to the burst any longer. This
5278                  * decrement helps filter out false positives of large
5279                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5280                  * the execution of commands by some service) happens
5281                  * to start and exit while a complex application is
5282                  * starting, and thus spawning several processes that
5283                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5284                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5285                  *
5286                  * In particular, the decrement is performed only if:
5287                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5288                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5289                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5290                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5291                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5292                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5293                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5294                  * the current burst list--without incrementing
5295                  * bust_size--because of a split, but the current
5296                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5297                  * (see comments on the case of a split in
5298                  * bfq_set_request).
5299                  */
5300                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5301                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5302         }
5303
5304         /*
5305          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5306          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5307          * must be removed from the woken list of its possible waker
5308          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5309          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5310          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5311          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5312          * particular, this happens when the last process associated
5313          * with bfqq exits or gets associated with a different
5314          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5315          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5316          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5317          * way to handle all cases.
5318          */
5319         /* remove bfqq from woken list */
5320         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5321                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5322
5323         /* reset waker for all queues in woken list */
5324         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5325                                   woken_list_node) {
5326                 item->waker_bfqq = NULL;
5327                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5328         }
5329
5330         if (bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5331                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5332
5333         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5334         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5335 }
5336
5337 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5338 {
5339         bfqq->stable_ref--;
5340         bfq_put_queue(bfqq);
5341 }
5342
5343 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5344 {
5345         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5346
5347         /*
5348          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5349          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5350          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5351          */
5352         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5353         while (__bfqq) {
5354                 if (__bfqq == bfqq)
5355                         break;
5356                 next = __bfqq->new_bfqq;
5357                 bfq_put_queue(__bfqq);
5358                 __bfqq = next;
5359         }
5360 }
5361
5362 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5363 {
5364         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5365                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5366                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5367         }
5368
5369         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5370
5371         bfq_put_cooperator(bfqq);
5372
5373         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5374 }
5375
5376 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5377 {
5378         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5379         struct bfq_data *bfqd;
5380
5381         if (bfqq)
5382                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5383
5384         if (bfqq && bfqd) {
5385                 unsigned long flags;
5386
5387                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5388                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5389                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5390                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5391         }
5392 }
5393
5394 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5395 {
5396         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5397
5398         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5399                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5400
5401                 /*
5402                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5403                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5404                  */
5405                 if (bfqd) {
5406                         unsigned long flags;
5407
5408                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5409                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5410                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5411                 } else {
5412                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5413                 }
5414         }
5415
5416         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5417         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5418 }
5419
5420 /*
5421  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5422  * be used until the next (re)activation.
5423  */
5424 static void
5425 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5426 {
5427         struct task_struct *tsk = current;
5428         int ioprio_class;
5429         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5430
5431         if (!bfqd)
5432                 return;
5433
5434         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5435         switch (ioprio_class) {
5436         default:
5437                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5438                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5439                         ioprio_class);
5440                 fallthrough;
5441         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5442                 /*
5443                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5444                  */
5445                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5446                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5447                 break;
5448         case IOPRIO_CLASS_RT:
5449                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5450                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5451                 break;
5452         case IOPRIO_CLASS_BE:
5453                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5454                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5455                 break;
5456         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5457                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5458                 bfqq->new_ioprio = 7;
5459                 break;
5460         }
5461
5462         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5463                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5464                         bfqq->new_ioprio);
5465                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5466         }
5467
5468         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5469         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5470                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5471         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5472 }
5473
5474 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5475                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5476                                        struct bfq_io_cq *bic,
5477                                        bool respawn);
5478
5479 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5480 {
5481         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5482         struct bfq_queue *bfqq;
5483         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5484
5485         /*
5486          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5487          * drop the lock before returning.
5488          */
5489         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5490                 return;
5491
5492         bic->ioprio = ioprio;
5493
5494         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5495         if (bfqq) {
5496                 struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
5497
5498                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5499                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5500                 bfq_release_process_ref(bfqd, old_bfqq);
5501         }
5502
5503         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5504         if (bfqq)
5505                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5506 }
5507
5508 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5509                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5510 {
5511         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5512
5513         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5514         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5515         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5516         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5517         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5518
5519         bfqq->ref = 0;
5520         bfqq->bfqd = bfqd;
5521
5522         if (bic)
5523                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5524
5525         if (is_sync) {
5526                 /*
5527                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5528                  * idle_class, because no device idling is performed
5529                  * for queues in idle class
5530                  */
5531                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5532                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5533                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5534                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5535                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5536         } else
5537                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5538
5539         /* set end request to minus infinity from now */
5540         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5541
5542         bfqq->creation_time = jiffies;
5543
5544         bfqq->io_start_time = now_ns;
5545
5546         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5547
5548         bfqq->pid = pid;
5549
5550         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5551         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5552         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5553
5554         bfqq->wr_coeff = 1;
5555         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5556         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5557         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5558
5559         /*
5560          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5561          * process/queue in the recent past,
5562          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5563          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5564          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5565          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5566          * no bandwidth so far.
5567          */
5568         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5569
5570         /* first request is almost certainly seeky */
5571         bfqq->seek_history = 1;
5572 }
5573
5574 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5575                                                struct bfq_group *bfqg,
5576                                                int ioprio_class, int ioprio)
5577 {
5578         switch (ioprio_class) {
5579         case IOPRIO_CLASS_RT:
5580                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5581         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5582                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5583                 fallthrough;
5584         case IOPRIO_CLASS_BE:
5585                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5586         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5587                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5588         default:
5589                 return NULL;
5590         }
5591 }
5592
5593 static struct bfq_queue *
5594 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5595                           struct bfq_io_cq *bic,
5596                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5597 {
5598         struct bfq_queue *new_bfqq =
5599                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5600
5601         if (!new_bfqq)
5602                 return bfqq;
5603
5604         if (new_bfqq->bic)
5605                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5606         bic->stably_merged = true;
5607
5608         /*
5609          * Reusing merge functions. This implies that
5610          * bfqq->bic must be set too, for
5611          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5612          * state before killing it.
5613          */
5614         bfqq->bic = bic;
5615         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5616
5617         return new_bfqq;
5618 }
5619
5620 /*
5621  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5622  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5623  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5624  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5625  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5626  * remains temporarily empty.
5627  *
5628  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5629  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5630  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5631  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5632  * basing on the following two facts.
5633  *
5634  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5635  * contribute to the execution/completion of that common application
5636  * or task. So the performance figures that matter are total
5637  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5638  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5639  * of individual bandwidth or latency.
5640  *
5641  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5642  *
5643  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5644  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5645  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5646  * involved processes are.
5647  *
5648  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5649  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5650  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5651  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5652  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5653  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5654  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5655  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5656  *
5657  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5658  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5659  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5660  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5661  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5662  *
5663  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5664  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5665  */
5666 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5667                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5668                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5669 {
5670         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5671                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5672                 &bfqd->last_bfqq_created;
5673
5674         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5675
5676         /*
5677          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5678          * it has been set already, but too long ago, then move it
5679          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5680          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5681          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5682          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5683          * schedule a delayed stable merge.
5684          *
5685          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5686          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5687          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5688          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5689          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5690          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5691          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5692          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5693          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5694          */
5695         if (!last_bfqq_created ||
5696             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5697                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5698                         bfqq->creation_time) ||
5699                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5700                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5701                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5702                 *source_bfqq = bfqq;
5703         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5704                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5705                                  bfqq->creation_time)) {
5706                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5707                         /*
5708                          * With this type of drive, leaving
5709                          * bfqq alone may provide no
5710                          * throughput benefits compared with
5711                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5712                          */
5713                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5714                                                          bic,
5715                                                          last_bfqq_created);
5716                 else { /* schedule tentative stable merge */
5717                         /*
5718                          * get reference on last_bfqq_created,
5719                          * to prevent it from being freed,
5720                          * until we decide whether to merge
5721                          */
5722                         last_bfqq_created->ref++;
5723                         /*
5724                          * need to keep track of stable refs, to
5725                          * compute process refs correctly
5726                          */
5727                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5728                         /*
5729                          * Record the bfqq to merge to.
5730                          */
5731                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5732                 }
5733         }
5734
5735         return bfqq;
5736 }
5737
5738
5739 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5740                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5741                                        struct bfq_io_cq *bic,
5742                                        bool respawn)
5743 {
5744         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5745         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5746         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5747         struct bfq_queue *bfqq;
5748         struct bfq_group *bfqg;
5749
5750         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5751         if (!is_sync) {
5752                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5753                                                   ioprio);
5754                 bfqq = *async_bfqq;
5755                 if (bfqq)
5756                         goto out;
5757         }
5758
5759         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5760                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5761                                      bfqd->queue->node);
5762
5763         if (bfqq) {
5764                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5765                               is_sync);
5766                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5767                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5768         } else {
5769                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5770                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5771                 goto out;
5772         }
5773
5774         /*
5775          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5776          * prune it.
5777          */
5778         if (async_bfqq) {
5779                 bfqq->ref++; /*
5780                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5781                               * queue. This extra reference is removed
5782                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5783                               * guarantee that this queue is not freed
5784                               * until its group goes away.
5785                               */
5786                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5787                              bfqq, bfqq->ref);
5788                 *async_bfqq = bfqq;
5789         }
5790
5791 out:
5792         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5793
5794         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5795                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5796         return bfqq;
5797 }
5798
5799 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5800                                     struct bfq_queue *bfqq)
5801 {
5802         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5803         u64 elapsed;
5804
5805         /*
5806          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5807          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5808          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5809          */
5810         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5811                 return;
5812         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5813         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5814
5815         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5816         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5817         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5818                                      ttime->ttime_samples);
5819 }
5820
5821 static void
5822 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5823                        struct request *rq)
5824 {
5825         bfqq->seek_history <<= 1;
5826         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5827
5828         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5829             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5830             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5831                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5832                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5833                         /*
5834                          * In soft_rt weight raising with the
5835                          * interactive-weight-raising period
5836                          * elapsed (so no switch back to
5837                          * interactive weight raising).
5838                          */
5839                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5840                 } else { /*
5841                           * stopping soft_rt weight raising
5842                           * while still in interactive period,
5843                           * switch back to interactive weight
5844                           * raising
5845                           */
5846                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5847                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5848                 }
5849         }
5850 }
5851
5852 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5853                                        struct bfq_queue *bfqq,
5854                                        struct bfq_io_cq *bic)
5855 {
5856         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5857
5858         /*
5859          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5860          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5861          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5862          */
5863         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5864             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5865                 return;
5866
5867         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5868         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5869                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5870                 return;
5871
5872         /* Think time is infinite if no process is linked to
5873          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5874          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5875          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5876          */
5877         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5878             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5879              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5880                 has_short_ttime = false;
5881
5882         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5883
5884         if (has_short_ttime)
5885                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5886         else
5887                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5888
5889         /*
5890          * Until the base value for the total service time gets
5891          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5892          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5893          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5894          * short or long (details in the comments in
5895          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5896          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5897          * has changed and the above base value is still to be
5898          * computed.
5899          *
5900          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5901          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5902          * (inclusive) if the change is from short to long think
5903          * time. The reason for this waiting is as follows.
5904          *
5905          * bfqq may have a long think time because of a
5906          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5907          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5908          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5909          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5910          *
5911          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5912          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5913          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5914          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5915          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5916          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5917          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5918          * and in a severe loss of total throughput.
5919          *
5920          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5921          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5922          * bfqq to receive new I/O soon.
5923          *
5924          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5925          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5926          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5927          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5928          * would cause the body of the next if to be executed
5929          * immediately. But this would set to 0 the inject
5930          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5931          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5932          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5933          * of such a steady oscillation between the two think-time
5934          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5935          *
5936          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5937          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5938          * think time samples can grow significantly before the reset
5939          * is performed. As a consequence, the think time state can
5940          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5941          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5942          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5943          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5944          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5945          *
5946          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5947          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5948          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5949          * (as explained in the comments in
5950          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5951          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5952          * an effective handling of a synchronization, through
5953          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5954          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5955          * brought forward, because it is not blocked for
5956          * milliseconds.
5957          *
5958          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5959          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5960          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5961          * waker queue is defined in the comments in
5962          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5963          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5964          * of the waker queue unconditionally on every
5965          * bfq_dispatch_request().
5966          *
5967          * One last, important benefit of not resetting the inject
5968          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5969          * base value for the total service time is likely to get
5970          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5971          * its relation with the think time.
5972          */
5973         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5974             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5975                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5976              !has_short_ttime))
5977                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5978 }
5979
5980 /*
5981  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5982  * something we should do about it.
5983  */
5984 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5985                             struct request *rq)
5986 {
5987         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5988                 bfqq->meta_pending++;
5989
5990         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5991
5992         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5993                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5994                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5995                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5996
5997                 /*
5998                  * There is just this request queued: if
5999                  * - the request is small, and
6000                  * - we are idling to boost throughput, and
6001                  * - the queue is not to be expired,
6002                  * then just exit.
6003                  *
6004                  * In this way, if the device is being idled to wait
6005                  * for a new request from the in-service queue, we
6006                  * avoid unplugging the device and committing the
6007                  * device to serve just a small request. In contrast
6008                  * we wait for the block layer to decide when to
6009                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
6010                  * merged to this one quickly, then the device will be
6011                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
6012                  */
6013                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
6014                     !budget_timeout)
6015                         return;
6016
6017                 /*
6018                  * A large enough request arrived, or idling is being
6019                  * performed to preserve service guarantees, or
6020                  * finally the queue is to be expired: in all these
6021                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
6022                  * wait_request flag and reset timer.
6023                  */
6024                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6025                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6026
6027                 /*
6028                  * The queue is not empty, because a new request just
6029                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
6030                  * case of budget timeout, without risking that the
6031                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
6032                  * See [1] for more details.
6033                  */
6034                 if (budget_timeout)
6035                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6036                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6037         }
6038 }
6039
6040 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
6041 {
6042         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6043
6044         for_each_entity(entity)
6045                 entity->allocated++;
6046 }
6047
6048 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
6049 {
6050         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6051
6052         for_each_entity(entity)
6053                 entity->allocated--;
6054 }
6055
6056 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6057 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6058 {
6059         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6060                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6061                                                  RQ_BIC(rq));
6062         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6063
6064         if (new_bfqq) {
6065                 /*
6066                  * Release the request's reference to the old bfqq
6067                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6068                  */
6069                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6070                 bfqq_request_freed(bfqq);
6071                 new_bfqq->ref++;
6072                 /*
6073                  * If the bic associated with the process
6074                  * issuing this request still points to bfqq
6075                  * (and thus has not been already redirected
6076                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6077                  * then complete the merge and redirect it to
6078                  * new_bfqq.
6079                  */
6080                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
6081                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6082                                         bfqq, new_bfqq);
6083
6084                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6085                 /*
6086                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6087                  * release rq reference on bfqq
6088                  */
6089                 bfq_put_queue(bfqq);
6090                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6091                 bfqq = new_bfqq;
6092         }
6093
6094         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6095         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6096         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6097
6098         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6099         bfq_add_request(rq);
6100         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6101
6102         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6103         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6104
6105         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6106
6107         return idle_timer_disabled;
6108 }
6109
6110 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6111 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6112                                     struct bfq_queue *bfqq,
6113                                     bool idle_timer_disabled,
6114                                     blk_opf_t cmd_flags)
6115 {
6116         if (!bfqq)
6117                 return;
6118
6119         /*
6120          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6121          * either it is merged with another queue, or the process it
6122          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6123          * the same process currently executing this flow of
6124          * instructions.
6125          *
6126          * In addition, the following queue lock guarantees that
6127          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6128          */
6129         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6130         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6131         if (idle_timer_disabled)
6132                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6133         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6134 }
6135 #else
6136 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6137                                            struct bfq_queue *bfqq,
6138                                            bool idle_timer_disabled,
6139                                            blk_opf_t cmd_flags) {}
6140 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6141
6142 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
6143
6144 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6145                                bool at_head)
6146 {
6147         struct request_queue *q = hctx->queue;
6148         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6149         struct bfq_queue *bfqq;
6150         bool idle_timer_disabled = false;
6151         blk_opf_t cmd_flags;
6152         LIST_HEAD(free);
6153
6154 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6155         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6156                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6157 #endif
6158         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6159         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6160         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6161                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6162                 blk_mq_free_requests(&free);
6163                 return;
6164         }
6165
6166         trace_block_rq_insert(rq);
6167
6168         if (!bfqq || at_head) {
6169                 if (at_head)
6170                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6171                 else
6172                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6173         } else {
6174                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6175                 /*
6176                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6177                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6178                  * redirected into a new queue.
6179                  */
6180                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6181
6182                 if (rq_mergeable(rq)) {
6183                         elv_rqhash_add(q, rq);
6184                         if (!q->last_merge)
6185                                 q->last_merge = rq;
6186                 }
6187         }
6188
6189         /*
6190          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6191          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6192          * merge).
6193          */
6194         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6195         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6196
6197         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6198                                 cmd_flags);
6199 }
6200
6201 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6202                                 struct list_head *list, bool at_head)
6203 {
6204         while (!list_empty(list)) {
6205                 struct request *rq;
6206
6207                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6208                 list_del_init(&rq->queuelist);
6209                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6210         }
6211 }
6212
6213 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6214 {
6215         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6216
6217         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6218                                        bfqd->rq_in_driver);
6219
6220         if (bfqd->hw_tag == 1)
6221                 return;
6222
6223         /*
6224          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6225          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6226          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6227          * requests.
6228          */
6229         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6230                 return;
6231
6232         /*
6233          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6234          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6235          * case
6236          */
6237         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6238             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6239             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6240             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6241                 return;
6242
6243         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6244                 return;
6245
6246         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6247         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6248         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6249
6250         bfqd->nonrot_with_queueing =
6251                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6252 }
6253
6254 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6255 {
6256         u64 now_ns;
6257         u32 delta_us;
6258
6259         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6260
6261         bfqd->rq_in_driver--;
6262         bfqq->dispatched--;
6263
6264         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6265                 /*
6266                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6267                  * time at which the queue remains with no backlog and
6268                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6269                  * mechanism).
6270                  */
6271                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6272
6273                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6274         }
6275
6276         now_ns = ktime_get_ns();
6277
6278         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6279
6280         /*
6281          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6282          * computing rate in next check.
6283          */
6284         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6285
6286         /*
6287          * If the request took rather long to complete, and, according
6288          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6289          * implies that the request was certainly served at a very low
6290          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6291          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6292          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6293          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6294          * taken:
6295          * - close the observation interval at the last (previous)
6296          *   request dispatch or completion
6297          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6298          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6299          *   re-initialization of the observation interval on next
6300          *   dispatch
6301          */
6302         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6303            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6304                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6305                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6306         bfqd->last_completion = now_ns;
6307         /*
6308          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6309          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6310          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6311          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6312          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6313          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6314          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6315          */
6316         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6317                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6318         else
6319                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6320
6321         /*
6322          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6323          * of the task associated with the queue is actually
6324          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6325          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6326          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6327          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6328          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6329          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6330          * expires, if it still has in-flight requests.
6331          */
6332         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6333             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6334             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6335                 bfqq->soft_rt_next_start =
6336                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6337
6338         /*
6339          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6340          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6341          */
6342         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6343                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6344                         if (bfqq->dispatched == 0)
6345                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6346                         /*
6347                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6348                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6349                          * more requests (as controlled in the next
6350                          * conditional instructions). The reason for
6351                          * not expiring bfqq is as follows.
6352                          *
6353                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6354                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6355                          * implies that, even if no request arrives
6356                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6357                          * bfqq will, however, not be expired on the
6358                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6359                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6360                          * bfqq will start enjoying device idling
6361                          * (I/O-dispatch plugging).
6362                          *
6363                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6364                          * not have the chance to enjoy device idling
6365                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6366                          * zero. This would expose bfqq to violation
6367                          * of its reserved service guarantees.
6368                          */
6369                         return;
6370                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6371                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6372                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6373                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6374                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6375                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6376                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6377                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6378         }
6379
6380         if (!bfqd->rq_in_driver)
6381                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6382 }
6383
6384 /*
6385  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6386  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6387  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6388  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6389  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6390  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6391  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6392  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6393  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6394  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6395  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6396  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6397  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6398  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6399  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6400  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6401  * of I/O flowing through bfqq.
6402  *
6403  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6404  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6405  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6406  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6407  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6408  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6409  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6410  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6411  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6412  * completed---remains lower than this limit.
6413  *
6414  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6415  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6416  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6417  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6418  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6419  * injection on the service times of only the first requests of
6420  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6421  * requests whose service time is affected most, because they are the
6422  * first to arrive after injection possibly occurred.
6423  *
6424  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6425  * "total service time" of first requests. We define as total service
6426  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6427  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6428  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6429  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6430  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6431  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6432  * part of the injected requests during the service hole, then,
6433  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6434  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6435  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6436  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6437  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6438  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6439  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6440  * requests with and without injection.
6441  *
6442  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6443  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6444  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6445  * case, it updates the limit as described below:
6446  *
6447  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6448  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6449  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6450  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6451  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6452  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6453  *     than the previous value.
6454  *
6455  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6456  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6457  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6458  *     current value of the limit is inflating the total service
6459  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6460  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6461  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6462  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6463  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6464  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6465  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6466  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6467  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6468  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6469  *
6470  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6471  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6472  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6473  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6474  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6475  *     it again without injection. A more effective version of this
6476  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6477  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6478  *     the total service time with the current limit does happen to be
6479  *     too large.
6480  *
6481  * More details on each step are provided in the comments on the
6482  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6483  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6484  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6485  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6486  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6487  */
6488 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6489                                     struct bfq_queue *bfqq)
6490 {
6491         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6492         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6493
6494         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6495                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6496
6497                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6498                         bfqq->inject_limit--;
6499                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6500                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6501                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6502                         bfqq->inject_limit++;
6503         }
6504
6505         /*
6506          * Either we still have to compute the base value for the
6507          * total service time, and there seem to be the right
6508          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6509          * computed.
6510          *
6511          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6512          * request in flight, because this function is in the code
6513          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6514          * in particular, this function is executed before
6515          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6516          */
6517         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6518             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6519                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6520                         /*
6521                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6522                          * start trying injection.
6523                          */
6524                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6525                 }
6526                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6527         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6528                 /*
6529                  * No I/O injected and no request still in service in
6530                  * the drive: these are the exact conditions for
6531                  * computing the base value of the total service time
6532                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6533                  * rather variable. For example, it varies if the size
6534                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6535                  * change.
6536                  */
6537                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6538
6539
6540         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6541         bfqd->waited_rq = NULL;
6542         bfqd->rqs_injected = false;
6543 }
6544
6545 /*
6546  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6547  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6548  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6549  * the scheduler.
6550  */
6551 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6552 {
6553         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6554         struct bfq_data *bfqd;
6555         unsigned long flags;
6556
6557         /*
6558          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6559          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6560          * a bfq_queue.
6561          */
6562         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6563                 return;
6564
6565         bfqd = bfqq->bfqd;
6566
6567         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6568                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6569                                              rq->start_time_ns,
6570                                              rq->io_start_time_ns,
6571                                              rq->cmd_flags);
6572
6573         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6574         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6575                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6576                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6577
6578                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6579         }
6580         bfqq_request_freed(bfqq);
6581         bfq_put_queue(bfqq);
6582         RQ_BIC(rq)->requests--;
6583         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6584
6585         /*
6586          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6587          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6588          * invoked again on this same request (see the check at the
6589          * beginning of the function). Probably, a better general
6590          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6591          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6592          * referred by that elevator.
6593          *
6594          * Resetting the following fields would break the
6595          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6596          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6597          * that re-insertions of requeued requests, without
6598          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6599          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6600          * queues).
6601          */
6602         rq->elv.priv[0] = NULL;
6603         rq->elv.priv[1] = NULL;
6604 }
6605
6606 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6607 {
6608         bfq_finish_requeue_request(rq);
6609
6610         if (rq->elv.icq) {
6611                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6612                 rq->elv.icq = NULL;
6613         }
6614 }
6615
6616 /*
6617  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6618  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6619  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6620  * was the last process referring to that bfqq.
6621  */
6622 static struct bfq_queue *
6623 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6624 {
6625         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6626
6627         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6628                 bfqq->pid = current->pid;
6629                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6630                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6631                 return bfqq;
6632         }
6633
6634         bic_set_bfqq(bic, NULL, true);
6635
6636         bfq_put_cooperator(bfqq);
6637
6638         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6639         return NULL;
6640 }
6641
6642 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6643                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6644                                                    struct bio *bio,
6645                                                    bool split, bool is_sync,
6646                                                    bool *new_queue)
6647 {
6648         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6649
6650         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6651                 return bfqq;
6652
6653         if (new_queue)
6654                 *new_queue = true;
6655
6656         if (bfqq)
6657                 bfq_put_queue(bfqq);
6658         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6659
6660         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6661         if (split && is_sync) {
6662                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6663                     bic->saved_in_large_burst)
6664                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6665                 else {
6666                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6667                         if (bic->was_in_burst_list)
6668                                 /*
6669                                  * If bfqq was in the current
6670                                  * burst list before being
6671                                  * merged, then we have to add
6672                                  * it back. And we do not need
6673                                  * to increase burst_size, as
6674                                  * we did not decrement
6675                                  * burst_size when we removed
6676                                  * bfqq from the burst list as
6677                                  * a consequence of a merge
6678                                  * (see comments in
6679                                  * bfq_put_queue). In this
6680                                  * respect, it would be rather
6681                                  * costly to know whether the
6682                                  * current burst list is still
6683                                  * the same burst list from
6684                                  * which bfqq was removed on
6685                                  * the merge. To avoid this
6686                                  * cost, if bfqq was in a
6687                                  * burst list, then we add
6688                                  * bfqq to the current burst
6689                                  * list without any further
6690                                  * check. This can cause
6691                                  * inappropriate insertions,
6692                                  * but rarely enough to not
6693                                  * harm the detection of large
6694                                  * bursts significantly.
6695                                  */
6696                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6697                                                &bfqd->burst_list);
6698                 }
6699                 bfqq->split_time = jiffies;
6700         }
6701
6702         return bfqq;
6703 }
6704
6705 /*
6706  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6707  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6708  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6709  * preparation.
6710  */
6711 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6712 {
6713         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6714
6715         /*
6716          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6717          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6718          * previously allocated bic/bfqq structs.
6719          */
6720         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6721 }
6722
6723 /*
6724  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6725  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6726  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6727  * not associated with any bfq_queue.
6728  *
6729  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6730  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6731  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6732  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6733  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6734  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6735  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6736  * signal this transformation. As a consequence, should these
6737  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6738  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6739  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6740  * incremented some queue counters for an rq destined to
6741  * transformation, without any chance to correctly lower these
6742  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6743  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6744  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6745  */
6746 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6747 {
6748         struct request_queue *q = rq->q;
6749         struct bio *bio = rq->bio;
6750         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6751         struct bfq_io_cq *bic;
6752         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6753         struct bfq_queue *bfqq;
6754         bool new_queue = false;
6755         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6756
6757         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6758                 return NULL;
6759
6760         /*
6761          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6762          * for this rq. This holds true, because this function is
6763          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6764          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6765          * being removed from bfq.
6766          */
6767         if (rq->elv.priv[1])
6768                 return rq->elv.priv[1];
6769
6770         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6771
6772         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6773
6774         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6775
6776         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6777                                          &new_queue);
6778
6779         if (likely(!new_queue)) {
6780                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6781                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6782                         !bic->stably_merged) {
6783                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6784
6785                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6786                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6787                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6788
6789                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6790                         split = true;
6791
6792                         if (!bfqq) {
6793                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6794                                                                  true, is_sync,
6795                                                                  NULL);
6796                                 if (unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
6797                                         bfqq_already_existing = true;
6798                         } else
6799                                 bfqq_already_existing = true;
6800
6801                         if (!bfqq_already_existing) {
6802                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6803                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6804
6805                                 /*
6806                                  * If the waker queue disappears, then
6807                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6808                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6809                                  * woken_list of the waker. See
6810                                  * bfq_check_waker for details.
6811                                  */
6812                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6813                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6814                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6815                         }
6816                 }
6817         }
6818
6819         bfqq_request_allocated(bfqq);
6820         bfqq->ref++;
6821         bic->requests++;
6822         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6823                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6824
6825         rq->elv.priv[0] = bic;
6826         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6827
6828         /*
6829          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6830          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6831          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6832          * resume its state.
6833          */
6834         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6835                 bfqq->bic = bic;
6836                 if (split) {
6837                         /*
6838                          * The queue has just been split from a shared
6839                          * queue: restore the idle window and the
6840                          * possible weight raising period.
6841                          */
6842                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6843                                               bfqq_already_existing);
6844                 }
6845         }
6846
6847         /*
6848          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6849          * created queues only if:
6850          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6851          * or
6852          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6853          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6854          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6855          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6856          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6857          *    bfq_handle_burst().
6858          *
6859          * This filtering also helps eliminating false positives,
6860          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6861          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6862          * to trigger the creation of new queues very close to when
6863          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6864          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6865          * this issue.
6866          */
6867         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6868                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6869                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6870                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6871
6872         return bfqq;
6873 }
6874
6875 static void
6876 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6877 {
6878         enum bfqq_expiration reason;
6879         unsigned long flags;
6880
6881         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6882
6883         /*
6884          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6885          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6886          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6887          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6888          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6889          */
6890         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6891                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6892                 return;
6893         }
6894
6895         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6896
6897         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6898                 /*
6899                  * Also here the queue can be safely expired
6900                  * for budget timeout without wasting
6901                  * guarantees
6902                  */
6903                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6904         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6905                 /*
6906                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6907                  * because we may not disable the timer when the
6908                  * first request of the in-service queue arrives
6909                  * during disk idling.
6910                  */
6911                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6912         else
6913                 goto schedule_dispatch;
6914
6915         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6916
6917 schedule_dispatch:
6918         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6919         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6920 }
6921
6922 /*
6923  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6924  * is idling inside its time slice.
6925  */
6926 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6927 {
6928         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6929                                              idle_slice_timer);
6930         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6931
6932         /*
6933          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6934          * different from the queue that was idling if a new request
6935          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6936          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6937          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6938          * early.
6939          */
6940         if (bfqq)
6941                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6942
6943         return HRTIMER_NORESTART;
6944 }
6945
6946 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6947                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6948 {
6949         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6950
6951         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6952         if (bfqq) {
6953                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6954
6955                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6956                              bfqq, bfqq->ref);
6957                 bfq_put_queue(bfqq);
6958                 *bfqq_ptr = NULL;
6959         }
6960 }
6961
6962 /*
6963  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6964  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6965  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6966  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6967  */
6968 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6969 {
6970         int i, j;
6971
6972         for (i = 0; i < 2; i++)
6973                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6974                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6975
6976         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6977 }
6978
6979 /*
6980  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6981  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6982  */
6983 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
6984 {
6985         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
6986
6987         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
6988         /*
6989          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6990          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6991          *
6992          * In next formulas, right-shift the value
6993          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6994          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6995          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6996          * limit 'something'.
6997          */
6998         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6999         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
7000         /*
7001          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
7002          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
7003          * writes)
7004          */
7005         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
7006
7007         /*
7008          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
7009          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
7010          * highest percentage for which, in our tests, application
7011          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
7012          * shortage.
7013          */
7014         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
7015         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
7016         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
7017         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
7018 }
7019
7020 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
7021 {
7022         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
7023         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
7024
7025         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
7026         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
7027 }
7028
7029 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
7030 {
7031         bfq_depth_updated(hctx);
7032         return 0;
7033 }
7034
7035 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
7036 {
7037         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7038         struct bfq_queue *bfqq, *n;
7039
7040         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7041
7042         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7043         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
7044                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
7045         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7046
7047         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7048
7049         /* release oom-queue reference to root group */
7050         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
7051
7052 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7053         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
7054 #else
7055         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7056         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7057         kfree(bfqd->root_group);
7058         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7059 #endif
7060
7061         blk_stat_disable_accounting(bfqd->queue);
7062         wbt_enable_default(bfqd->queue);
7063
7064         kfree(bfqd);
7065 }
7066
7067 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7068                                 struct bfq_data *bfqd)
7069 {
7070         int i;
7071
7072 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7073         root_group->entity.parent = NULL;
7074         root_group->my_entity = NULL;
7075         root_group->bfqd = bfqd;
7076 #endif
7077         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7078         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7079                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7080         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7081 }
7082
7083 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7084 {
7085         struct bfq_data *bfqd;
7086         struct elevator_queue *eq;
7087
7088         eq = elevator_alloc(q, e);
7089         if (!eq)
7090                 return -ENOMEM;
7091
7092         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7093         if (!bfqd) {
7094                 kobject_put(&eq->kobj);
7095                 return -ENOMEM;
7096         }
7097         eq->elevator_data = bfqd;
7098
7099         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7100         q->elevator = eq;
7101         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7102
7103         /*
7104          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7105          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7106          * will not attempt to free it.
7107          */
7108         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
7109         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7110         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7111         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7112         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7113                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7114
7115         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7116         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7117
7118         /*
7119          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7120          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7121          * class won't be changed any more.
7122          */
7123         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7124
7125         bfqd->queue = q;
7126
7127         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7128
7129         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7130                      HRTIMER_MODE_REL);
7131         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7132
7133         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7134         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7135
7136         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7137         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7138         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7139
7140         bfqd->hw_tag = -1;
7141         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7142
7143         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7144
7145         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7146         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7147         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7148         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7149         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7150         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7151
7152         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7153         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7154
7155         bfqd->low_latency = true;
7156
7157         /*
7158          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7159          */
7160         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7161         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7162         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7163         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7164         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7165         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7166                                               * Approximate rate required
7167                                               * to playback or record a
7168                                               * high-definition compressed
7169                                               * video.
7170                                               */
7171         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7172
7173         /*
7174          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7175          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7176          */
7177         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7178                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7179         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7180
7181         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7182
7183         /*
7184          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7185          * function is the head of a chain of function calls
7186          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7187          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7188          * has_work hook function. For this reason,
7189          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7190          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7191          * that can be initialized only after invoking
7192          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7193          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7194          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7195          * from invoking further scheduler hooks before this init
7196          * function is finished.
7197          */
7198         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7199         if (!bfqd->root_group)
7200                 goto out_free;
7201         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7202         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7203
7204         /* We dispatch from request queue wide instead of hw queue */
7205         blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_SQ_SCHED, q);
7206
7207         wbt_disable_default(q);
7208         blk_stat_enable_accounting(q);
7209
7210         return 0;
7211
7212 out_free:
7213         kfree(bfqd);
7214         kobject_put(&eq->kobj);
7215         return -ENOMEM;
7216 }
7217
7218 static void bfq_slab_kill(void)
7219 {
7220         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7221 }
7222
7223 static int __init bfq_slab_setup(void)
7224 {
7225         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7226         if (!bfq_pool)
7227                 return -ENOMEM;
7228         return 0;
7229 }
7230
7231 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7232 {
7233         return sprintf(page, "%u\n", var);
7234 }
7235
7236 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7237 {
7238         unsigned long new_val;
7239         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7240
7241         if (ret)
7242                 return ret;
7243         *var = new_val;
7244         return 0;
7245 }
7246
7247 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7248 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7249 {                                                                       \
7250         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7251         u64 __data = __VAR;                                             \
7252         if (__CONV == 1)                                                \
7253                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7254         else if (__CONV == 2)                                           \
7255                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7256         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7257 }
7258 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7259 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7260 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7261 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7262 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7263 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7264 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7265 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7266 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7267 #undef SHOW_FUNCTION
7268
7269 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7270 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7271 {                                                                       \
7272         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7273         u64 __data = __VAR;                                             \
7274         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7275         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7276 }
7277 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7278 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7279
7280 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7281 static ssize_t                                                          \
7282 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7283 {                                                                       \
7284         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7285         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7286         int ret;                                                        \
7287                                                                         \
7288         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7289         if (ret)                                                        \
7290                 return ret;                                             \
7291         if (__data < __min)                                             \
7292                 __data = __min;                                         \
7293         else if (__data > __max)                                        \
7294                 __data = __max;                                         \
7295         if (__CONV == 1)                                                \
7296                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7297         else if (__CONV == 2)                                           \
7298                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7299         else                                                            \
7300                 *(__PTR) = __data;                                      \
7301         return count;                                                   \
7302 }
7303 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7304                 INT_MAX, 2);
7305 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7306                 INT_MAX, 2);
7307 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7308 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7309                 INT_MAX, 0);
7310 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7311 #undef STORE_FUNCTION
7312
7313 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7314 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7315 {                                                                       \
7316         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7317         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7318         int ret;                                                        \
7319                                                                         \
7320         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7321         if (ret)                                                        \
7322                 return ret;                                             \
7323         if (__data < __min)                                             \
7324                 __data = __min;                                         \
7325         else if (__data > __max)                                        \
7326                 __data = __max;                                         \
7327         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7328         return count;                                                   \
7329 }
7330 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7331                     UINT_MAX);
7332 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7333
7334 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7335                                     const char *page, size_t count)
7336 {
7337         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7338         unsigned long __data;
7339         int ret;
7340
7341         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7342         if (ret)
7343                 return ret;
7344
7345         if (__data == 0)
7346                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7347         else {
7348                 if (__data > INT_MAX)
7349                         __data = INT_MAX;
7350                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7351         }
7352
7353         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7354
7355         return count;
7356 }
7357
7358 /*
7359  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7360  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7361  */
7362 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7363                                       const char *page, size_t count)
7364 {
7365         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7366         unsigned long __data;
7367         int ret;
7368
7369         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7370         if (ret)
7371                 return ret;
7372
7373         if (__data < 1)
7374                 __data = 1;
7375         else if (__data > INT_MAX)
7376                 __data = INT_MAX;
7377
7378         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7379         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7380                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7381
7382         return count;
7383 }
7384
7385 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7386                                      const char *page, size_t count)
7387 {
7388         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7389         unsigned long __data;
7390         int ret;
7391
7392         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7393         if (ret)
7394                 return ret;
7395
7396         if (__data > 1)
7397                 __data = 1;
7398         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7399             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7400                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7401
7402         bfqd->strict_guarantees = __data;
7403
7404         return count;
7405 }
7406
7407 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7408                                      const char *page, size_t count)
7409 {
7410         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7411         unsigned long __data;
7412         int ret;
7413
7414         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7415         if (ret)
7416                 return ret;
7417
7418         if (__data > 1)
7419                 __data = 1;
7420         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7421                 bfq_end_wr(bfqd);
7422         bfqd->low_latency = __data;
7423
7424         return count;
7425 }
7426
7427 #define BFQ_ATTR(name) \
7428         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7429
7430 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7431         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7432         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7433         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7434         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7435         BFQ_ATTR(slice_idle),
7436         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7437         BFQ_ATTR(max_budget),
7438         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7439         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7440         BFQ_ATTR(low_latency),
7441         __ATTR_NULL
7442 };
7443
7444 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7445         .ops = {
7446                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7447                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7448                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7449                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7450                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7451                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7452                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7453                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7454                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7455                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7456                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7457                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7458                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7459                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7460                 .has_work               = bfq_has_work,
7461                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7462                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7463                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7464                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7465         },
7466
7467         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7468         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7469         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7470         .elevator_name =        "bfq",
7471         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7472 };
7473 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7474
7475 static int __init bfq_init(void)
7476 {
7477         int ret;
7478
7479 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7480         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7481         if (ret)
7482                 return ret;
7483 #endif
7484
7485         ret = -ENOMEM;
7486         if (bfq_slab_setup())
7487                 goto err_pol_unreg;
7488
7489         /*
7490          * Times to load large popular applications for the typical
7491          * systems installed on the reference devices (see the
7492          * comments before the definition of the next
7493          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7494          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7495          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7496          * are computed over much shorter time intervals than the long
7497          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7498          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7499          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7500          * be run for a long time.
7501          */
7502         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7503         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7504
7505         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7506         if (ret)
7507                 goto slab_kill;
7508
7509         return 0;
7510
7511 slab_kill:
7512         bfq_slab_kill();
7513 err_pol_unreg:
7514 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7515         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7516 #endif
7517         return ret;
7518 }
7519
7520 static void __exit bfq_exit(void)
7521 {
7522         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7523 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7524         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7525 #endif
7526         bfq_slab_kill();
7527 }
7528
7529 module_init(bfq_init);
7530 module_exit(bfq_exit);
7531
7532 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7533 MODULE_LICENSE("GPL");
7534 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");