net/sonic: Fix CAM initialization
[platform/kernel/linux-rpi.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
53  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
54  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
55  * these classes with a very low latency.
56  *
57  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
58  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
59  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
60  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
61  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
62  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
63  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
64  * call just weight-raising periods the time periods during which a
65  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
66  *
67  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
68  * detail in the comments on the function
69  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
70  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
71  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
72  * after which it does become empty. The queue may be deemed
73  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
74  * constantly non empty, provided that this happens only after the
75  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
76  *
77  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
78  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
79  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
80  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
81  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
82  * weight-raising for interactive queues.
83  *
84  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
85  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
86  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
87  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
88  *
89  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
90  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
91  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
92  * to 0.
93  *
94  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
95  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
96  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
97  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
98  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
99  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
100  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
101  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
102  *
103  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
104  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
105  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
106  * in [3].
107  *
108  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
109  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
110  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
111  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
112  *
113  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
114  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
115  *     Oct 1997.
116  *
117  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
118  *
119  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
120  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
121  *     Resource Allocation", technical report.
122  *
123  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
124  */
125 #include <linux/module.h>
126 #include <linux/slab.h>
127 #include <linux/blkdev.h>
128 #include <linux/cgroup.h>
129 #include <linux/elevator.h>
130 #include <linux/ktime.h>
131 #include <linux/rbtree.h>
132 #include <linux/ioprio.h>
133 #include <linux/sbitmap.h>
134 #include <linux/delay.h>
135
136 #include "blk.h"
137 #include "blk-mq.h"
138 #include "blk-mq-tag.h"
139 #include "blk-mq-sched.h"
140 #include "bfq-iosched.h"
141 #include "blk-wbt.h"
142
143 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
144 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
145 {                                                                       \
146         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
147 }                                                                       \
148 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
149 {                                                                       \
150         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
151 }                                                                       \
152 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
153 {                                                                       \
154         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
155 }
156
157 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
158 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
159 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
160 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
161 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
162 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
163 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
164 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
165 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
166 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
167 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
168 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
169 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
170
171 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
172 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
173
174 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
175 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
176
177 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
178 static const int bfq_back_penalty = 2;
179
180 /* Idling period duration, in ns. */
181 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
182
183 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
184 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
185
186 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
187 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
188
189 /*
190  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
191  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
192  * with the number of sectors of the request. In constrast, if the
193  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
194  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
195  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
196  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
197  * writes to steal I/O throughput to reads.
198  *
199  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
200  * several hardware and software configurations. We tried to find the
201  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
202  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
203  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
204  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
205  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
206  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
207  */
208 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
209
210 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
211 const int bfq_timeout = HZ / 8;
212
213 /*
214  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
215  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
216  * removing false positives, while not causing true positives to miss
217  * queue merging.
218  *
219  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
220  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
221  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
222  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
223  * little chance to find cooperators.
224  */
225 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
226
227 static struct kmem_cache *bfq_pool;
228
229 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
230 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
231
232 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
233 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
234 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
235
236 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
237 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
238 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
239 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
240
241 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
242 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
243 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
244 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
245 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
246 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
247
248 /*
249  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
250  * With
251  * - the current shift: 16 positions
252  * - the current type used to store rate: u32
253  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
254  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
255  * the range of rates that can be stored is
256  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
257  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
258  * [15, 65G] sectors/sec
259  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
260  * [7.5K, 33T] B/sec
261  */
262 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
263
264 /*
265  * When configured for computing the duration of the weight-raising
266  * for interactive queues automatically (see the comments at the
267  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
268  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
269  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
270  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
271  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
272  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
273  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
274  * applications on the reference device (see the comments on
275  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
276  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
277  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
278  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
279  * weight raising to interactive applications.
280  *
281  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
282  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
283  *
284  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
285  * are the reference values for a rotational device, whereas
286  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
287  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
288  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
289  * values. The reason for using slightly lower values is that the
290  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
291  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
292  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
293  * I/O).
294  *
295  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
296  * by BFQ_RATE_SHIFT.
297  */
298 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
299 /*
300  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
301  * the following array, which entails that the array can be
302  * initialized only in a function.
303  */
304 static int ref_wr_duration[2];
305
306 /*
307  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
308  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
309  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
310  * doing I/O for much longer than the duration of weight
311  * raising. These applications have basically no benefit from being
312  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
313  * while being weight-raised, these applications
314  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
315  * low latency;
316  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
317  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
318  * increase latencies when used purposelessly.
319  *
320  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
321  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
322  * finish explaining how the duration of weight-raising for
323  * interactive tasks is computed.
324  *
325  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
326  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
327  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
328  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
329  * largest task, we mean the task for which each involved process has
330  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
331  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
332  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
333  * sectors transferred.
334  *
335  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
336  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
337  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
338  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
339  * processes of these applications usually consume the above 110K
340  * sectors in much less time than the processes of an application that
341  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
342  * almost all their CPU cycles only to their target,
343  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
344  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
345  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
346  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
347  * have no right to be weight-raised any longer.
348  *
349  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
350  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
351  * service at least equal to the following constant. The constant is
352  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
353  *
354  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
355  * during which interactive false positives cause the two problems
356  * described at the beginning of these comments.
357  */
358 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
359
360 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
361 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
362
363 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
364 {
365         return bic->bfqq[is_sync];
366 }
367
368 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
369 {
370         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
371 }
372
373 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
374 {
375         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
376 }
377
378 /**
379  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
380  * @icq: the iocontext queue.
381  */
382 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
383 {
384         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
385         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
386 }
387
388 /**
389  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
390  * @bfqd: the lookup key.
391  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
392  * @q: the request queue.
393  */
394 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
395                                         struct io_context *ioc,
396                                         struct request_queue *q)
397 {
398         if (ioc) {
399                 unsigned long flags;
400                 struct bfq_io_cq *icq;
401
402                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
403                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
404                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
405
406                 return icq;
407         }
408
409         return NULL;
410 }
411
412 /*
413  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
414  * driver that will restart queueing.
415  */
416 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
417 {
418         if (bfqd->queued != 0) {
419                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
420                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
421         }
422 }
423
424 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
425 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
426
427 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
428
429 /*
430  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
431  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
432  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
433  */
434 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
435                                       struct request *rq1,
436                                       struct request *rq2,
437                                       sector_t last)
438 {
439         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
440         unsigned long back_max;
441 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
442 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
443         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
444
445         if (!rq1 || rq1 == rq2)
446                 return rq2;
447         if (!rq2)
448                 return rq1;
449
450         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
451                 return rq1;
452         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
453                 return rq2;
454         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
455                 return rq1;
456         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
457                 return rq2;
458
459         s1 = blk_rq_pos(rq1);
460         s2 = blk_rq_pos(rq2);
461
462         /*
463          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
464          */
465         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
466
467         /*
468          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
469          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
470          * similar forward seek.
471          */
472         if (s1 >= last)
473                 d1 = s1 - last;
474         else if (s1 + back_max >= last)
475                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
476         else
477                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
478
479         if (s2 >= last)
480                 d2 = s2 - last;
481         else if (s2 + back_max >= last)
482                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
483         else
484                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
485
486         /* Found required data */
487
488         /*
489          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
490          * check two variables for all permutations: --> faster!
491          */
492         switch (wrap) {
493         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
494                 if (d1 < d2)
495                         return rq1;
496                 else if (d2 < d1)
497                         return rq2;
498
499                 if (s1 >= s2)
500                         return rq1;
501                 else
502                         return rq2;
503
504         case BFQ_RQ2_WRAP:
505                 return rq1;
506         case BFQ_RQ1_WRAP:
507                 return rq2;
508         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
509         default:
510                 /*
511                  * Since both rqs are wrapped,
512                  * start with the one that's further behind head
513                  * (--> only *one* back seek required),
514                  * since back seek takes more time than forward.
515                  */
516                 if (s1 <= s2)
517                         return rq1;
518                 else
519                         return rq2;
520         }
521 }
522
523 /*
524  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
525  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
526  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
527  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
528  * problems.
529  */
530 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
531 {
532         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
533
534         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
535                 return;
536
537         data->shallow_depth =
538                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
539
540         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
541                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
542                         data->shallow_depth);
543 }
544
545 static struct bfq_queue *
546 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
547                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
548                      struct rb_node ***rb_link)
549 {
550         struct rb_node **p, *parent;
551         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
552
553         parent = NULL;
554         p = &root->rb_node;
555         while (*p) {
556                 struct rb_node **n;
557
558                 parent = *p;
559                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
560
561                 /*
562                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
563                  * largest to the right.
564                  */
565                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
566                         n = &(*p)->rb_right;
567                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
568                         n = &(*p)->rb_left;
569                 else
570                         break;
571                 p = n;
572                 bfqq = NULL;
573         }
574
575         *ret_parent = parent;
576         if (rb_link)
577                 *rb_link = p;
578
579         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
580                 (unsigned long long)sector,
581                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
582
583         return bfqq;
584 }
585
586 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
587 {
588         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
589                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
590                                        bfq_merge_time_limit);
591 }
592
593 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
594 {
595         struct rb_node **p, *parent;
596         struct bfq_queue *__bfqq;
597
598         if (bfqq->pos_root) {
599                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
600                 bfqq->pos_root = NULL;
601         }
602
603         /*
604          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
605          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
606          * position tree.
607          */
608         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
609                 return;
610
611         if (bfq_class_idle(bfqq))
612                 return;
613         if (!bfqq->next_rq)
614                 return;
615
616         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
617         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
618                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
619         if (!__bfqq) {
620                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
621                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
622         } else
623                 bfqq->pos_root = NULL;
624 }
625
626 /*
627  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
628  */
629 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
630 {
631         /*
632          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
633          * at least two nodes.
634          */
635         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
636                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
637                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
638 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
639                ) ||
640                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
641                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
642                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
643 #endif
644                );
645 }
646
647 /*
648  * The following function returns true if every queue must receive the
649  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
650  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
651  * bfq_better_to_idle()).
652  *
653  * Such a scenario occurs when:
654  * 1) all active queues have the same weight,
655  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
656  *    weight,
657  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
658  *    number of children.
659  *
660  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
661  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
662  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
663  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
664  * state:
665  * 1) all active queues have the same weight,
666  * 2) all active groups have the same weight,
667  * 3) all active groups have at most one active child each.
668  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
669  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
670  * to be maintained in this case.
671  */
672 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
673 {
674         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
675 }
676
677 /*
678  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
679  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
680  * increment the existing counter.
681  *
682  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
683  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
684  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
685  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
686  * are not inserted in the tree.
687  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
688  * should be low too.
689  */
690 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
691                           struct rb_root *root)
692 {
693         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
694
695         /*
696          * Do not insert if the entity is already associated with a
697          * counter, which happens if:
698          *   1) the entity is associated with a queue,
699          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
700          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
701          *      backlogged; in this respect, each of the two events
702          *      causes an invocation of this function,
703          *   3) this is the invocation of this function caused by the
704          *      second event. This second invocation is actually useless,
705          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
706          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
707          */
708         if (entity->weight_counter)
709                 return;
710
711         while (*new) {
712                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
713                                                 struct bfq_weight_counter,
714                                                 weights_node);
715                 parent = *new;
716
717                 if (entity->weight == __counter->weight) {
718                         entity->weight_counter = __counter;
719                         goto inc_counter;
720                 }
721                 if (entity->weight < __counter->weight)
722                         new = &((*new)->rb_left);
723                 else
724                         new = &((*new)->rb_right);
725         }
726
727         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
728                                          GFP_ATOMIC);
729
730         /*
731          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
732          * exit. This will cause the weight of entity to not be
733          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
734          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
735          * case entity's weight would have been the only weight making
736          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
737          * will however occur when entity becomes inactive again (the
738          * invocation of this function is triggered by an activation
739          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
740          * if !entity->weight_counter.
741          */
742         if (unlikely(!entity->weight_counter))
743                 return;
744
745         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
746         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
747         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
748
749 inc_counter:
750         entity->weight_counter->num_active++;
751 }
752
753 /*
754  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
755  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
756  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
757  * about overhead.
758  */
759 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
760                                struct bfq_entity *entity,
761                                struct rb_root *root)
762 {
763         if (!entity->weight_counter)
764                 return;
765
766         entity->weight_counter->num_active--;
767         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
768                 goto reset_entity_pointer;
769
770         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
771         kfree(entity->weight_counter);
772
773 reset_entity_pointer:
774         entity->weight_counter = NULL;
775 }
776
777 /*
778  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and all its inactive
779  * parent entities.
780  */
781 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
782                              struct bfq_queue *bfqq)
783 {
784         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
785
786         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
787                                   &bfqd->queue_weights_tree);
788
789         for_each_entity(entity) {
790                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
791
792                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
793                         /*
794                          * entity is still active, because either
795                          * next_in_service or in_service_entity is not
796                          * NULL (see the comments on the definition of
797                          * next_in_service for details on why
798                          * in_service_entity must be checked too).
799                          *
800                          * As a consequence, the weight of entity is
801                          * not to be removed. In addition, if entity
802                          * is active, then its parent entities are
803                          * active as well, and thus their weights are
804                          * not to be removed either. In the end, this
805                          * loop must stop here.
806                          */
807                         break;
808                 }
809                 __bfq_weights_tree_remove(bfqd, entity,
810                                           &bfqd->group_weights_tree);
811         }
812 }
813
814 /*
815  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
816  */
817 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
818                                       struct request *last)
819 {
820         struct request *rq;
821
822         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
823                 return NULL;
824
825         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
826
827         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
828
829         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
830                 return NULL;
831
832         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
833         return rq;
834 }
835
836 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
837                                         struct bfq_queue *bfqq,
838                                         struct request *last)
839 {
840         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
841         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
842         struct request *next, *prev = NULL;
843
844         /* Follow expired path, else get first next available. */
845         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
846         if (next)
847                 return next;
848
849         if (rbprev)
850                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
851
852         if (rbnext)
853                 next = rb_entry_rq(rbnext);
854         else {
855                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
856                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
857                         next = rb_entry_rq(rbnext);
858         }
859
860         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
861 }
862
863 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
864 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
865                                         struct bfq_queue *bfqq)
866 {
867         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
868                 return blk_rq_sectors(rq);
869
870         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
871 }
872
873 /**
874  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
875  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
876  * @bfqq: the queue to update.
877  *
878  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
879  * has enough budget to serve at least its first request (if the
880  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
881  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
882  * rounds to actually get it dispatched.
883  */
884 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
885                                  struct bfq_queue *bfqq)
886 {
887         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
888         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
889         unsigned long new_budget;
890
891         if (!next_rq)
892                 return;
893
894         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
895                 /*
896                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
897                  * changed after an entity has been selected.
898                  */
899                 return;
900
901         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
902                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
903         if (entity->budget != new_budget) {
904                 entity->budget = new_budget;
905                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
906                                          new_budget);
907                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
908         }
909 }
910
911 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
912 {
913         u64 dur;
914
915         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
916                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
917
918         dur = bfqd->rate_dur_prod;
919         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
920
921         /*
922          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
923          * has been conservatively set after the following worst case:
924          * on a QEMU/KVM virtual machine
925          * - running in a slow PC
926          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
927          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
928          *   of several files
929          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
930          *
931          * As for higher values than that accomodating the above bad
932          * scenario, tests show that higher values would often yield
933          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
934          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
935          * preserve weight raising for too long.
936          *
937          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
938          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
939          * before weight-raising finishes.
940          */
941         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
942 }
943
944 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
945 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
946                                           struct bfq_data *bfqd)
947 {
948         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
949         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
950         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
951 }
952
953 static void
954 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
955                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
956 {
957         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
958         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
959
960         if (bic->saved_has_short_ttime)
961                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
962         else
963                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
964
965         if (bic->saved_IO_bound)
966                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
967         else
968                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
969
970         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
971         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
972         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
973         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
974         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
975
976         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
977             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
978                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
979                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
980                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
981                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
982                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
983                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
984                 } else {
985                         bfqq->wr_coeff = 1;
986                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
987                                      "resume state: switching off wr");
988                 }
989         }
990
991         /* make sure weight will be updated, however we got here */
992         bfqq->entity.prio_changed = 1;
993
994         if (likely(!busy))
995                 return;
996
997         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
998                 bfqd->wr_busy_queues++;
999         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1000                 bfqd->wr_busy_queues--;
1001 }
1002
1003 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1004 {
1005         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
1006 }
1007
1008 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1009 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1010 {
1011         struct bfq_queue *item;
1012         struct hlist_node *n;
1013
1014         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1015                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1016         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1017         bfqd->burst_size = 1;
1018         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1019 }
1020
1021 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1022 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1023 {
1024         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1025         bfqd->burst_size++;
1026
1027         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1028                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1029                 struct hlist_node *n;
1030
1031                 /*
1032                  * Enough queues have been activated shortly after each
1033                  * other to consider this burst as large.
1034                  */
1035                 bfqd->large_burst = true;
1036
1037                 /*
1038                  * We can now mark all queues in the burst list as
1039                  * belonging to a large burst.
1040                  */
1041                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1042                                      burst_list_node)
1043                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1044                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1045
1046                 /*
1047                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1048                  * new queue being activated shortly after the last queue
1049                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1050                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1051                  * needed any more. Remove it.
1052                  */
1053                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1054                                           burst_list_node)
1055                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1056         } else /*
1057                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1058                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1059                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1060                 * in put_queue.
1061                 */
1062                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1063 }
1064
1065 /*
1066  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1067  * shortly after each other, then the processes associated with these
1068  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1069  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1070  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1071  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1072  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1073  * or device idling to their queues.
1074  *
1075  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1076  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1077  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1078  * treated in a different way.
1079  *
1080  * The above services or applications benefit mostly from a high
1081  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1082  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1083  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1084  * which also implies idling the device for it, is almost always
1085  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1086  *
1087  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1088  * the start of an application that does not consist of a lot of
1089  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1090  * several short processes may need to be executed to start-up the
1091  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1092  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1093  * related to the application with respect to all other
1094  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1095  * an application that causes a burst of queue creations is to
1096  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1097  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1098  *
1099  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1100  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1101  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1102  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1103  * larger size than that threshold are apparently caused by
1104  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1105  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1106  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1107  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1108  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1109  * exact choice depends on the device and request pattern at
1110  * hand.
1111  *
1112  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1113  * is starting (e.g., an application is being started). The
1114  * consequence is that the queues associated with the task do not
1115  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1116  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1117  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1118  *
1119  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1120  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1121  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1122  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1123  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1124  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1125  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1126  * steps are the following.
1127  *
1128  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1129  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1130  *
1131  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1132  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1133  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1134  *   Q to the burst list
1135  *
1136  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1137  *   the large-burst threshold, then
1138  *
1139  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1140  *       large burst
1141  *
1142  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1143  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1144  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1145  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1146  *
1147  *     . the device enters a large-burst mode
1148  *
1149  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1150  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1151  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1152  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1153  *   as belonging to a large burst.
1154  *
1155  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1156  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1157  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1158  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1159  *
1160  *        . the large-burst mode is reset if set
1161  *
1162  *        . the burst list is emptied
1163  *
1164  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1165  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1166  *          after this step).
1167  */
1168 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1169 {
1170         /*
1171          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1172          * burst, or finally has just been split, then there is
1173          * nothing else to do.
1174          */
1175         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1176             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1177             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1178                                      msecs_to_jiffies(10)))
1179                 return;
1180
1181         /*
1182          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1183          * a different group than the burst group, then the current
1184          * burst is finished, and related data structures must be
1185          * reset.
1186          *
1187          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1188          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1189          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1190          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1191          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1192          * following condition is true, bfqq will end up being
1193          * inserted into the burst list. In particular the list will
1194          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1195          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1196          * burst.
1197          */
1198         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1199             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1200             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1201                 bfqd->large_burst = false;
1202                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1203                 goto end;
1204         }
1205
1206         /*
1207          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1208          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1209          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1210          */
1211         if (bfqd->large_burst) {
1212                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1213                 goto end;
1214         }
1215
1216         /*
1217          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1218          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1219          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1220          */
1221         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1222 end:
1223         /*
1224          * At this point, bfqq either has been added to the current
1225          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1226          * possible new burst to start. In particular, in the second
1227          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1228          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1229          * forward.
1230          */
1231         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1232 }
1233
1234 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1235 {
1236         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1237
1238         return entity->budget - entity->service;
1239 }
1240
1241 /*
1242  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1243  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1244  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1245  */
1246 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1247 {
1248         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1249                 return bfq_default_max_budget;
1250         else
1251                 return bfqd->bfq_max_budget;
1252 }
1253
1254 /*
1255  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1256  * max budget (trying with 1/32)
1257  */
1258 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1259 {
1260         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1261                 return bfq_default_max_budget / 32;
1262         else
1263                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1264 }
1265
1266 /*
1267  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1268  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1269  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1270  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1271  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1272  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1273  * goals below.
1274  *
1275  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1276  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1277  * expired for one of the following two reasons:
1278  *
1279  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1280  *   and did not make it to issue a new request before its last
1281  *   request was served;
1282  *
1283  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1284  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1285  *
1286  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1287  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1288  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1289  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1290  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1291  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1292  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1293  * one full budget of another queue before being served again, then
1294  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1295  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1296  * to be taken.
1297  *
1298  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1299  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1300  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1301  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1302  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1303  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1304  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1305  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1306  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1307  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1308  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1309  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1310  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1311  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1312  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1313  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1314  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1315  * on this tricky aspect).
1316  *
1317  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1318  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1319  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1320  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1321  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1322  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1323  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1324  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1325  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1326  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1327  * causing a little loss of bandwidth.
1328  *
1329  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1330  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1331  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1332  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1333  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1334  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1335  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1336  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1337  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1338  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1339  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1340  * __bfq_activate_entity.
1341  *
1342  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1343  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1344  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1345  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1346  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1347  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1348  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1349  * outstanding requests mentioned above.
1350  *
1351  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1352  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1353  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1354  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1355  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1356  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1357  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1358  * know whether preemption is needed without needing to update service
1359  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1360  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1361  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1362  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1363  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1364  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1365  * be weight-raised.
1366  */
1367 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1368                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1369                                                 bool arrived_in_time,
1370                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1371 {
1372         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1373
1374         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1375                 /*
1376                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1377                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1378                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1379                  * cleared right after).
1380                  */
1381
1382                 /*
1383                  * In next assignment we rely on that either
1384                  * entity->service or entity->budget are not updated
1385                  * on expiration if bfqq is empty (see
1386                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1387                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1388                  * following statement therefore assigns to
1389                  * entity->budget the remaining budget on such an
1390                  * expiration.
1391                  */
1392                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1393                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1394                                        bfqq->max_budget);
1395
1396                 /*
1397                  * At this point, we have used entity->service to get
1398                  * the budget left (needed for updating
1399                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1400                  * reset entity->service. The latter must be reset
1401                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1402                  * the service it has received during its previous
1403                  * service slot(s).
1404                  */
1405                 entity->service = 0;
1406
1407                 return true;
1408         }
1409
1410         /*
1411          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1412          */
1413         entity->service = 0;
1414         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1415                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1416         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1417         return wr_or_deserves_wr;
1418 }
1419
1420 /*
1421  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1422  * macros.
1423  */
1424 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1425 {
1426         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1427 }
1428
1429 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1430                                              struct bfq_queue *bfqq,
1431                                              unsigned int old_wr_coeff,
1432                                              bool wr_or_deserves_wr,
1433                                              bool interactive,
1434                                              bool in_burst,
1435                                              bool soft_rt)
1436 {
1437         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1438                 /* start a weight-raising period */
1439                 if (interactive) {
1440                         bfqq->service_from_wr = 0;
1441                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1442                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1443                 } else {
1444                         /*
1445                          * No interactive weight raising in progress
1446                          * here: assign minus infinity to
1447                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1448                          * that, at the end of the soft-real-time
1449                          * weight raising periods that is starting
1450                          * now, no interactive weight-raising period
1451                          * may be wrongly considered as still in
1452                          * progress (and thus actually started by
1453                          * mistake).
1454                          */
1455                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1456                                 bfq_smallest_from_now();
1457                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1458                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1459                         bfqq->wr_cur_max_time =
1460                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1461                 }
1462
1463                 /*
1464                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1465                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1466                  * scheduling-error component due to a too large
1467                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1468                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1469                  * too small budget either, to avoid increasing
1470                  * latency by causing too frequent expirations.
1471                  */
1472                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1473                                             bfqq->entity.budget,
1474                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1475         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1476                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1477                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1478                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1479                 } else if (in_burst)
1480                         bfqq->wr_coeff = 1;
1481                 else if (soft_rt) {
1482                         /*
1483                          * The application is now or still meeting the
1484                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1485                          * can then correctly and safely (re)charge
1486                          * the weight-raising duration for the
1487                          * application with the weight-raising
1488                          * duration for soft rt applications.
1489                          *
1490                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1491                          * before the weight-raising period for the
1492                          * application finishes, reduces the probability
1493                          * of the following negative scenario:
1494                          * 1) the weight of a soft rt application is
1495                          *    raised at startup (as for any newly
1496                          *    created application),
1497                          * 2) since the application is not interactive,
1498                          *    at a certain time weight-raising is
1499                          *    stopped for the application,
1500                          * 3) at that time the application happens to
1501                          *    still have pending requests, and hence
1502                          *    is destined to not have a chance to be
1503                          *    deemed soft rt before these requests are
1504                          *    completed (see the comments to the
1505                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1506                          *    for details on soft rt detection),
1507                          * 4) these pending requests experience a high
1508                          *    latency because the application is not
1509                          *    weight-raised while they are pending.
1510                          */
1511                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1512                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1513                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1514                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1515
1516                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1517                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1518                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1519                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1520                         }
1521                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1522                 }
1523         }
1524 }
1525
1526 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1527                                         struct bfq_queue *bfqq)
1528 {
1529         return bfqq->dispatched == 0 &&
1530                 time_is_before_jiffies(
1531                         bfqq->budget_timeout +
1532                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1533 }
1534
1535 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1536                                              struct bfq_queue *bfqq,
1537                                              int old_wr_coeff,
1538                                              struct request *rq,
1539                                              bool *interactive)
1540 {
1541         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1542                 bfqq_wants_to_preempt,
1543                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1544                 /*
1545                  * See the comments on
1546                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1547                  * details on the usage of the next variable.
1548                  */
1549                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1550                         bfqq->ttime.last_end_request +
1551                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1552
1553
1554         /*
1555          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1556          * - it is sync,
1557          * - it does not belong to a large burst,
1558          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1559          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1560          */
1561         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1562         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1563                 !in_burst &&
1564                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1565                 bfqq->dispatched == 0;
1566         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1567         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1568                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1569                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1570                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1571
1572         /*
1573          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1574          * may want to preempt the in-service queue.
1575          */
1576         bfqq_wants_to_preempt =
1577                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1578                                                     arrived_in_time,
1579                                                     wr_or_deserves_wr);
1580
1581         /*
1582          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1583          * idle for much more than an interactive queue, then we
1584          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1585          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1586          * to be treated as a queue belonging to a burst
1587          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1588          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1589          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1590          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1591          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1592          * a burst.
1593          */
1594         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1595             idle_for_long_time &&
1596             time_is_before_jiffies(
1597                     bfqq->budget_timeout +
1598                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1599                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1600                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1601         }
1602
1603         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1604
1605
1606         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1607                 if (arrived_in_time) {
1608                         bfqq->requests_within_timer++;
1609                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1610                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1611                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1612                 } else
1613                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1614         }
1615
1616         if (bfqd->low_latency) {
1617                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1618                         /* wraparound */
1619                         bfqq->split_time =
1620                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1621
1622                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1623                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1624                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1625                                                          old_wr_coeff,
1626                                                          wr_or_deserves_wr,
1627                                                          *interactive,
1628                                                          in_burst,
1629                                                          soft_rt);
1630
1631                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1632                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1633                 }
1634         }
1635
1636         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1637         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1638         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1639
1640         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1641
1642         /*
1643          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1644          * for guarantees. In this respect, the function
1645          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1646          * condition, and not a sufficient condition based on
1647          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1648          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1649          * this operation is quite costly (see the comments on the
1650          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1651          */
1652         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1653             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1654             next_queue_may_preempt(bfqd))
1655                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1656                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1657 }
1658
1659 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1660 {
1661         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1662         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1663         struct request *next_rq, *prev;
1664         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1665         bool interactive = false;
1666
1667         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1668         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1669         bfqd->queued++;
1670
1671         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1672
1673         /*
1674          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1675          */
1676         prev = bfqq->next_rq;
1677         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1678         bfqq->next_rq = next_rq;
1679
1680         /*
1681          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1682          */
1683         if (prev != bfqq->next_rq)
1684                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1685
1686         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1687                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1688                                                  rq, &interactive);
1689         else {
1690                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1691                     time_is_before_jiffies(
1692                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1693                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1694                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1695                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1696
1697                         bfqd->wr_busy_queues++;
1698                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1699                 }
1700                 if (prev != bfqq->next_rq)
1701                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1702         }
1703
1704         /*
1705          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1706          * cases:
1707          *
1708          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1709          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1710          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1711          *   of information is used only for deciding whether to
1712          *   weight-raise async queues
1713          *
1714          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1715          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1716          *   stores the time when weight-raising starts
1717          *
1718          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1719          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1720          *   period must start or restart (this case is considered
1721          *   separately because it is not detected by the above
1722          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1723          *
1724          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1725          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1726          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1727          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1728          * needed.
1729          */
1730         if (bfqd->low_latency &&
1731                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1732                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1733 }
1734
1735 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1736                                           struct bio *bio,
1737                                           struct request_queue *q)
1738 {
1739         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1740
1741
1742         if (bfqq)
1743                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1744
1745         return NULL;
1746 }
1747
1748 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1749 {
1750         if (last_pos)
1751                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1752
1753         return 0;
1754 }
1755
1756 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1757 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1758 {
1759         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1760
1761         bfqd->rq_in_driver++;
1762 }
1763
1764 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1765 {
1766         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1767
1768         bfqd->rq_in_driver--;
1769 }
1770 #endif
1771
1772 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1773                                struct request *rq)
1774 {
1775         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1776         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1777         const int sync = rq_is_sync(rq);
1778
1779         if (bfqq->next_rq == rq) {
1780                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1781                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1782         }
1783
1784         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1785                 list_del_init(&rq->queuelist);
1786         bfqq->queued[sync]--;
1787         bfqd->queued--;
1788         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1789
1790         elv_rqhash_del(q, rq);
1791         if (q->last_merge == rq)
1792                 q->last_merge = NULL;
1793
1794         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1795                 bfqq->next_rq = NULL;
1796
1797                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1798                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1799                         /*
1800                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1801                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1802                          * bfqq->entity.budget must contain,
1803                          * respectively, the service received and the
1804                          * budget used last time bfqq emptied. These
1805                          * facts do not hold in this case, as at least
1806                          * this last removal occurred while bfqq is
1807                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1808                          * reset both bfqq->entity.service and
1809                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1810                          * process that may issue I/O requests to it.
1811                          */
1812                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1813                 }
1814
1815                 /*
1816                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1817                  */
1818                 if (bfqq->pos_root) {
1819                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1820                         bfqq->pos_root = NULL;
1821                 }
1822         } else {
1823                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1824         }
1825
1826         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1827                 bfqq->meta_pending--;
1828
1829 }
1830
1831 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1832 {
1833         struct request_queue *q = hctx->queue;
1834         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1835         struct request *free = NULL;
1836         /*
1837          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1838          * store its return value for later use, to avoid nesting
1839          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1840          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1841          * bfqd->lock is taken.
1842          */
1843         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1844         bool ret;
1845
1846         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1847
1848         if (bic)
1849                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1850         else
1851                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1852         bfqd->bio_bic = bic;
1853
1854         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1855
1856         if (free)
1857                 blk_mq_free_request(free);
1858         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1859
1860         return ret;
1861 }
1862
1863 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1864                              struct bio *bio)
1865 {
1866         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1867         struct request *__rq;
1868
1869         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1870         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1871                 *req = __rq;
1872                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1873         }
1874
1875         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1876 }
1877
1878 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1879
1880 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1881                                enum elv_merge type)
1882 {
1883         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1884             rb_prev(&req->rb_node) &&
1885             blk_rq_pos(req) <
1886             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1887                                     struct request, rb_node))) {
1888                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1889                 struct bfq_data *bfqd;
1890                 struct request *prev, *next_rq;
1891
1892                 if (!bfqq)
1893                         return;
1894
1895                 bfqd = bfqq->bfqd;
1896
1897                 /* Reposition request in its sort_list */
1898                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1899                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1900
1901                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1902                 prev = bfqq->next_rq;
1903                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1904                                          bfqd->last_position);
1905                 bfqq->next_rq = next_rq;
1906                 /*
1907                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1908                  * fit the new request and the queue's position in its
1909                  * rq_pos_tree.
1910                  */
1911                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1912                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1913                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1914                 }
1915         }
1916 }
1917
1918 /*
1919  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1920  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1921  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1922  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1923  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1924  *
1925  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1926  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1927  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1928  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1929  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1930  * only by bfq_insert_request.
1931  */
1932 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1933                                 struct request *next)
1934 {
1935         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1936                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1937
1938         if (!bfqq)
1939                 return;
1940
1941         /*
1942          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1943          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1944          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1945          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1946          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1947          * which would most certainly be too expensive with respect to
1948          * the benefits.
1949          */
1950         if (bfqq == next_bfqq &&
1951             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1952             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1953                 list_del_init(&rq->queuelist);
1954                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1955                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1956         }
1957
1958         if (bfqq->next_rq == next)
1959                 bfqq->next_rq = rq;
1960
1961         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1962 }
1963
1964 /* Must be called with bfqq != NULL */
1965 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1966 {
1967         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1968                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1969         bfqq->wr_coeff = 1;
1970         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1971         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1972         /*
1973          * Trigger a weight change on the next invocation of
1974          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1975          */
1976         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1977 }
1978
1979 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1980                              struct bfq_group *bfqg)
1981 {
1982         int i, j;
1983
1984         for (i = 0; i < 2; i++)
1985                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1986                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1987                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1988         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1989                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1990 }
1991
1992 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1993 {
1994         struct bfq_queue *bfqq;
1995
1996         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1997
1998         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1999                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2000         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2001                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2002         bfq_end_wr_async(bfqd);
2003
2004         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2005 }
2006
2007 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2008 {
2009         if (request)
2010                 return blk_rq_pos(io_struct);
2011         else
2012                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2013 }
2014
2015 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2016                                   sector_t sector)
2017 {
2018         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2019                BFQQ_CLOSE_THR;
2020 }
2021
2022 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2023                                          struct bfq_queue *bfqq,
2024                                          sector_t sector)
2025 {
2026         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2027         struct rb_node *parent, *node;
2028         struct bfq_queue *__bfqq;
2029
2030         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2031                 return NULL;
2032
2033         /*
2034          * First, if we find a request starting at the end of the last
2035          * request, choose it.
2036          */
2037         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2038         if (__bfqq)
2039                 return __bfqq;
2040
2041         /*
2042          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2043          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2044          * next_request position).
2045          */
2046         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2047         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2048                 return __bfqq;
2049
2050         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2051                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2052         else
2053                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2054         if (!node)
2055                 return NULL;
2056
2057         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2058         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2059                 return __bfqq;
2060
2061         return NULL;
2062 }
2063
2064 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2065                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2066                                                    sector_t sector)
2067 {
2068         struct bfq_queue *bfqq;
2069
2070         /*
2071          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2072          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2073          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2074          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2075          * the best possible order for throughput.
2076          */
2077         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2078         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2079                 return NULL;
2080
2081         return bfqq;
2082 }
2083
2084 static struct bfq_queue *
2085 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2086 {
2087         int process_refs, new_process_refs;
2088         struct bfq_queue *__bfqq;
2089
2090         /*
2091          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2092          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2093          * may have dropped their last reference (not just their last process
2094          * reference).
2095          */
2096         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2097                 return NULL;
2098
2099         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2100         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2101                 if (__bfqq == bfqq)
2102                         return NULL;
2103                 new_bfqq = __bfqq;
2104         }
2105
2106         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2107         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2108         /*
2109          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2110          * sense in merging the queues.
2111          */
2112         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2113                 return NULL;
2114
2115         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2116                 new_bfqq->pid);
2117
2118         /*
2119          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2120          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2121          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2122          * first time that the requests of some process are redirected to
2123          * it.
2124          *
2125          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2126          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2127          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2128          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2129          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2130          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2131          *
2132          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2133          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2134          * best option, as we feed the in-service queue with new
2135          * requests close to the last request served and, by doing so,
2136          * are likely to increase the throughput.
2137          */
2138         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2139         new_bfqq->ref += process_refs;
2140         return new_bfqq;
2141 }
2142
2143 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2144                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2145 {
2146         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2147                 return false;
2148
2149         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2150             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2151                 return false;
2152
2153         /*
2154          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2155          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2156          * sequential I/O.
2157          */
2158         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2159                 return false;
2160
2161         /*
2162          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2163          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2164          * queues.
2165          */
2166         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2167                 return false;
2168
2169         return true;
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2174  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2175  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2176  * structure otherwise.
2177  *
2178  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2179  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2180  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2181  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2182  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2183  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2184  *
2185  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2186  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2187  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2188  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2189  * requests than the ones produced by its originally-associated
2190  * process.
2191  */
2192 static struct bfq_queue *
2193 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2194                      void *io_struct, bool request)
2195 {
2196         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2197
2198         /*
2199          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2200          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2201          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2202          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2203          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2204          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2205          * probability that two non-cooperating processes, which just
2206          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2207          * their queues merged by mistake.
2208          */
2209         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2210                 return NULL;
2211
2212         if (bfqq->new_bfqq)
2213                 return bfqq->new_bfqq;
2214
2215         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2216                 return NULL;
2217
2218         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2219         if (bfqd->busy_queues == 1)
2220                 return NULL;
2221
2222         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2223
2224         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2225             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2226             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2227                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2228             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2229             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2230                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2231                 if (new_bfqq)
2232                         return new_bfqq;
2233         }
2234         /*
2235          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2236          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2237          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2238          */
2239         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2240                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2241
2242         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2243             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2244                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2245
2246         return NULL;
2247 }
2248
2249 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2250 {
2251         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2252
2253         /*
2254          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2255          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2256          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2257          */
2258         if (!bic)
2259                 return;
2260
2261         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2262         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2263         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2264         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2265         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2266         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2267                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2268                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2269                 /*
2270                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2271                  * would have deserved interactive weight raising, but
2272                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2273                  * because of this early merge. Store directly the
2274                  * weight-raising state that would have been assigned
2275                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2276                  * to enjoy weight raising if split soon.
2277                  */
2278                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2279                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2280                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2281         } else {
2282                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2283                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2284                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2285                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2286                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2287         }
2288 }
2289
2290 static void
2291 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2292                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2293 {
2294         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2295                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2296         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2297         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2298         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2299         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2300                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2301         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2302
2303         /*
2304          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2305          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2306          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2307          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2308          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2309          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2310          * easy, thanks to the flag just_created.
2311          */
2312         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2313                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2314                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2315                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2316                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2317                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2318                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2319                         bfqd->wr_busy_queues++;
2320                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2321         }
2322
2323         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2324                 bfqq->wr_coeff = 1;
2325                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2326                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2327                         bfqd->wr_busy_queues--;
2328         }
2329
2330         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2331                      bfqd->wr_busy_queues);
2332
2333         /*
2334          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2335          */
2336         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2337         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2338         /*
2339          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2340          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2341          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2342          *   be set to NULL, or
2343          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2344          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2345          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2346          *   assignment causes no harm).
2347          */
2348         new_bfqq->bic = NULL;
2349         bfqq->bic = NULL;
2350         /* release process reference to bfqq */
2351         bfq_put_queue(bfqq);
2352 }
2353
2354 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2355                                 struct bio *bio)
2356 {
2357         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2358         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2359         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2360
2361         /*
2362          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2363          */
2364         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2365                 return false;
2366
2367         /*
2368          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2369          * merge only if rq is queued there.
2370          */
2371         if (!bfqq)
2372                 return false;
2373
2374         /*
2375          * We take advantage of this function to perform an early merge
2376          * of the queues of possible cooperating processes.
2377          */
2378         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2379         if (new_bfqq) {
2380                 /*
2381                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2382                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2383                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2384                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2385                  * and bfqq can be put.
2386                  */
2387                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2388                                 new_bfqq);
2389                 /*
2390                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2391                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2392                  * merged.
2393                  */
2394                 bfqq = new_bfqq;
2395
2396                 /*
2397                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2398                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2399                  * this function may be invoked again (and then may
2400                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2401                  */
2402                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2403         }
2404
2405         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2406 }
2407
2408 /*
2409  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2410  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2411  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2412  * processes.
2413  */
2414 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2415                                    struct bfq_queue *bfqq)
2416 {
2417         unsigned int timeout_coeff;
2418
2419         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2420                 timeout_coeff = 1;
2421         else
2422                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2423
2424         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2425
2426         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2427                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2428 }
2429
2430 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2431                                        struct bfq_queue *bfqq)
2432 {
2433         if (bfqq) {
2434                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2435
2436                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2437
2438                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2439                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2440                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2441                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2442                         /*
2443                          * For soft real-time queues, move the start
2444                          * of the weight-raising period forward by the
2445                          * time the queue has not received any
2446                          * service. Otherwise, a relatively long
2447                          * service delay is likely to cause the
2448                          * weight-raising period of the queue to end,
2449                          * because of the short duration of the
2450                          * weight-raising period of a soft real-time
2451                          * queue.  It is worth noting that this move
2452                          * is not so dangerous for the other queues,
2453                          * because soft real-time queues are not
2454                          * greedy.
2455                          *
2456                          * To not add a further variable, we use the
2457                          * overloaded field budget_timeout to
2458                          * determine for how long the queue has not
2459                          * received service, i.e., how much time has
2460                          * elapsed since the queue expired. However,
2461                          * this is a little imprecise, because
2462                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2463                          * not only expires, but also remains with no
2464                          * request.
2465                          */
2466                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2467                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2468                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2469                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2470                         else
2471                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2472                 }
2473
2474                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2475                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2476                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2477                              bfqq->entity.budget);
2478         }
2479
2480         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2481 }
2482
2483 /*
2484  * Get and set a new queue for service.
2485  */
2486 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2487 {
2488         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2489
2490         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2491         return bfqq;
2492 }
2493
2494 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2495 {
2496         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2497         u32 sl;
2498
2499         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2500
2501         /*
2502          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2503          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2504          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2505          */
2506         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2507         /*
2508          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2509          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2510          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2511          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2512          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2513          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2514          * needed if the queue has a higher weight than some other
2515          * queue).
2516          */
2517         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2518             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2519                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2520         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2521                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2522
2523         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2524         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2525                       HRTIMER_MODE_REL);
2526         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2527 }
2528
2529 /*
2530  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2531  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2532  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2533  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2534  * this maximises throughput with sequential workloads.
2535  */
2536 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2537 {
2538         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2539                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2540 }
2541
2542 /*
2543  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2544  * function of the estimated peak rate. See comments on
2545  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2546  */
2547 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2548 {
2549         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2550                 bfqd->bfq_max_budget =
2551                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2552                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2553         }
2554 }
2555
2556 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2557                                        struct request *rq)
2558 {
2559         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2560                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2561                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2562                 bfqd->sequential_samples = 0;
2563                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2564                         blk_rq_sectors(rq);
2565         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2566                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2567
2568         bfq_log(bfqd,
2569                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2570                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2571                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2572 }
2573
2574 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2575 {
2576         u32 rate, weight, divisor;
2577
2578         /*
2579          * For the convergence property to hold (see comments on
2580          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2581          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2582          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2583          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2584          * for a new evaluation attempt.
2585          */
2586         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2587             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2588                 goto reset_computation;
2589
2590         /*
2591          * If a new request completion has occurred after last
2592          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2593          * have been served by the device, it is more precise to
2594          * extend the observation interval to the last completion.
2595          */
2596         bfqd->delta_from_first =
2597                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2598                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2599
2600         /*
2601          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2602          * precision issues.
2603          */
2604         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2605                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2606
2607         /*
2608          * Peak rate not updated if:
2609          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2610          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2611          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2612          */
2613         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2614              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2615                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2616                 goto reset_computation;
2617
2618         /*
2619          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2620          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2621          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2622          * measured rate.
2623          *
2624          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2625          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2626          * and to how long the observation time interval is.
2627          *
2628          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2629          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2630          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2631          * the measured rate contributes for half of the next value of
2632          * the estimated peak rate.
2633          *
2634          * So, the first step is to compute the weight as a function
2635          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2636          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2637          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2638          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2639          * incremented for the first sample.
2640          */
2641         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2642
2643         /*
2644          * Second step: further refine the weight as a function of the
2645          * duration of the observation interval.
2646          */
2647         weight = min_t(u32, 8,
2648                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2649                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2650
2651         /*
2652          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2653          * maximum weight.
2654          */
2655         divisor = 10 - weight;
2656
2657         /*
2658          * Finally, update peak rate:
2659          *
2660          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2661          */
2662         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2663         bfqd->peak_rate /= divisor;
2664         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2665
2666         bfqd->peak_rate += rate;
2667
2668         /*
2669          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2670          * the minimum representable values reported in the comments
2671          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2672          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2673          * divisor.
2674          */
2675         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2676
2677         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2678
2679 reset_computation:
2680         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2685  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2686  *
2687  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2688  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2689  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2690  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2691  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2692  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2693  * by the device.
2694  *
2695  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2696  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2697  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2698  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2699  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2700  * unknown, namely in-device request service rate.
2701  *
2702  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2703  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2704  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2705  * same requests are then served. But, since the size of any
2706  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2707  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2708  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2709  * closer and closer to the number of requests completed as the
2710  * observation interval grows. This is the key property used in
2711  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2712  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2713  * on every request dispatch.
2714  */
2715 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2716 {
2717         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2718
2719         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2720                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2721                         bfqd->peak_rate_samples);
2722                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2723                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2724         }
2725
2726         /*
2727          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2728          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2729          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2730          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2731          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2732          * taken:
2733          * - close the observation interval at the last (previous)
2734          *   request dispatch or completion
2735          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2736          * - start a new observation interval with this dispatch
2737          */
2738         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2739             bfqd->rq_in_driver == 0)
2740                 goto update_rate_and_reset;
2741
2742         /* Update sampling information */
2743         bfqd->peak_rate_samples++;
2744
2745         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2746                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2747              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2748                 bfqd->sequential_samples++;
2749
2750         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2751
2752         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2753         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2754                 bfqd->last_rq_max_size =
2755                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2756         else
2757                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2758
2759         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2760
2761         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2762         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2763                 goto update_last_values;
2764
2765 update_rate_and_reset:
2766         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2767 update_last_values:
2768         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2769         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
2770                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
2771         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2772 }
2773
2774 /*
2775  * Remove request from internal lists.
2776  */
2777 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2778 {
2779         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2780
2781         /*
2782          * For consistency, the next instruction should have been
2783          * executed after removing the request from the queue and
2784          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2785          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2786          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2787          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2788          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2789          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2790          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2791          * happens to be taken into account.
2792          */
2793         bfqq->dispatched++;
2794         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2795
2796         bfq_remove_request(q, rq);
2797 }
2798
2799 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2800 {
2801         /*
2802          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2803          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2804          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2805          * break the queues apart again.
2806          */
2807         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2808                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2809
2810         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2811                 if (bfqq->dispatched == 0)
2812                         /*
2813                          * Overloading budget_timeout field to store
2814                          * the time at which the queue remains with no
2815                          * backlog and no outstanding request; used by
2816                          * the weight-raising mechanism.
2817                          */
2818                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2819
2820                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2821         } else {
2822                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2823                 /*
2824                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2825                  */
2826                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2827         }
2828
2829         /*
2830          * All in-service entities must have been properly deactivated
2831          * or requeued before executing the next function, which
2832          * resets all in-service entites as no more in service.
2833          */
2834         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2835 }
2836
2837 /**
2838  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2839  * @bfqd: device data.
2840  * @bfqq: queue to update.
2841  * @reason: reason for expiration.
2842  *
2843  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2844  * See the body for detailed comments.
2845  */
2846 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2847                                      struct bfq_queue *bfqq,
2848                                      enum bfqq_expiration reason)
2849 {
2850         struct request *next_rq;
2851         int budget, min_budget;
2852
2853         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2854
2855         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2856                 budget = bfqq->max_budget;
2857         else /*
2858               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2859               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2860               * than the minimum possible budget, to cause a little
2861               * bit fewer expirations.
2862               */
2863                 budget = 2 * min_budget;
2864
2865         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2866                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2867         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2868                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2869         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2870                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2871
2872         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2873                 switch (reason) {
2874                 /*
2875                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2876                  * for throughput.
2877                  */
2878                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2879                         /*
2880                          * This is the only case where we may reduce
2881                          * the budget: if there is no request of the
2882                          * process still waiting for completion, then
2883                          * we assume (tentatively) that the timer has
2884                          * expired because the batch of requests of
2885                          * the process could have been served with a
2886                          * smaller budget.  Hence, betting that
2887                          * process will behave in the same way when it
2888                          * becomes backlogged again, we reduce its
2889                          * next budget.  As long as we guess right,
2890                          * this budget cut reduces the latency
2891                          * experienced by the process.
2892                          *
2893                          * However, if there are still outstanding
2894                          * requests, then the process may have not yet
2895                          * issued its next request just because it is
2896                          * still waiting for the completion of some of
2897                          * the still outstanding ones.  So in this
2898                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2899                          * contrary we increase it to possibly boost
2900                          * the throughput, as discussed in the
2901                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2902                          */
2903                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2904                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2905                         else {
2906                                 if (budget > 5 * min_budget)
2907                                         budget -= 4 * min_budget;
2908                                 else
2909                                         budget = min_budget;
2910                         }
2911                         break;
2912                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2913                         /*
2914                          * We double the budget here because it gives
2915                          * the chance to boost the throughput if this
2916                          * is not a seeky process (and has bumped into
2917                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2918                          */
2919                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2920                         break;
2921                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2922                         /*
2923                          * The process still has backlog, and did not
2924                          * let either the budget timeout or the disk
2925                          * idling timeout expire. Hence it is not
2926                          * seeky, has a short thinktime and may be
2927                          * happy with a higher budget too. So
2928                          * definitely increase the budget of this good
2929                          * candidate to boost the disk throughput.
2930                          */
2931                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2932                         break;
2933                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2934                         /*
2935                          * For queues that expire for this reason, it
2936                          * is particularly important to keep the
2937                          * budget close to the actual service they
2938                          * need. Doing so reduces the timestamp
2939                          * misalignment problem described in the
2940                          * comments in the body of
2941                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2942                          * that a queue systematically expires for
2943                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2944                          * new request in time to enjoy timestamp
2945                          * back-shifting. The larger the budget of the
2946                          * queue is with respect to the service the
2947                          * queue actually requests in each service
2948                          * slot, the more times the queue can be
2949                          * reactivated with the same virtual finish
2950                          * time. It follows that, even if this finish
2951                          * time is pushed to the system virtual time
2952                          * to reduce the consequent timestamp
2953                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2954                          * many re-activations a lower finish time
2955                          * than all newly activated queues.
2956                          *
2957                          * The service needed by bfqq is measured
2958                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2959                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2960                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2961                          * of sectors that the process associated with
2962                          * bfqq requested to read/write before waiting
2963                          * for request completions, or blocking for
2964                          * other reasons.
2965                          */
2966                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2967                         break;
2968                 default:
2969                         return;
2970                 }
2971         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2972                 /*
2973                  * Async queues get always the maximum possible
2974                  * budget, as for them we do not care about latency
2975                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2976                  * by the charging factor).
2977                  */
2978                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2979         }
2980
2981         bfqq->max_budget = budget;
2982
2983         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2984             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2985                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2986
2987         /*
2988          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2989          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2990          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2991          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2992          * update.
2993          *
2994          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2995          * it will be updated on the arrival of a new request.
2996          */
2997         next_rq = bfqq->next_rq;
2998         if (next_rq)
2999                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3000                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3001
3002         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3003                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3004                         bfqq->entity.budget);
3005 }
3006
3007 /*
3008  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3009  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3010  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3011  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3012  * on the function bfq_bfqq_expire().
3013  *
3014  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3015  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3016  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3017  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3018  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3019  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3020  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3021  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3022  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3023  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3024  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3025  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3026  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3027  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3028  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3029  * finishes.
3030  *
3031  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3032  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3033  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3034  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3035  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3036  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3037  */
3038 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3039                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3040                                  unsigned long *delta_ms)
3041 {
3042         ktime_t delta_ktime;
3043         u32 delta_usecs;
3044         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3045
3046         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3047                 return false;
3048
3049         if (compensate)
3050                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3051         else
3052                 delta_ktime = ktime_get();
3053         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3054         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3055
3056         /* don't use too short time intervals */
3057         if (delta_usecs < 1000) {
3058                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3059                          /*
3060                           * give same worst-case guarantees as idling
3061                           * for seeky
3062                           */
3063                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3064                 else /* charge at least one seek */
3065                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3066
3067                 return slow;
3068         }
3069
3070         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3071
3072         /*
3073          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3074          * spikes in service rate estimation.
3075          */
3076         if (delta_usecs > 20000) {
3077                 /*
3078                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3079                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3080                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3081                  * rate is likely to be an average over the disk
3082                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3083                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3084                  * its rate has been lower than half of the estimated
3085                  * peak rate.
3086                  */
3087                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3088         }
3089
3090         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3091
3092         return slow;
3093 }
3094
3095 /*
3096  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3097  * requirements. First, the application must not require an average
3098  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3099  * record a compressed high-definition video.
3100  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3101  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3102  * that, if the next request of the application does not arrive before
3103  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3104  *
3105  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3106  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3107  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3108  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3109  * and so on.
3110  * For this reason the next function is invoked to compute
3111  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3112  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3113  * not.
3114  *
3115  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3116  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3117  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3118  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3119  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3120  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3121  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3122  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3123  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3124  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3125  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3126  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3127  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3128  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3129  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3130  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3131  *
3132  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3133  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3134  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3135  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3136  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3137  *     the return value of this function with the current time plus
3138  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3139  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3140  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3141  *     real-time application spends some time processing data, after a
3142  *     batch of its requests has been completed.
3143  *
3144  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3145  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3146  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3147  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3148  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3149  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3150  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3151  *     time intervals are usually interspersed between other time
3152  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3153  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3154  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3155  *     function happen to be so high, near the end of any such
3156  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3157  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3158  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3159  *     this function. As a consequence, if the last value of
3160  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3161  *     next value that this function may return, then, from the very
3162  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3163  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3164  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3165  *     to soon for the application to be deemed as soft
3166  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3167  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3168  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3169  *
3170  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3171  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3172  * application, if the reference quantity was just
3173  * bfqd->bfq_slice_idle:
3174  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3175  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3176  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3177  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3178  *    is rather lower than the exact value.
3179  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3180  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3181  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3182  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3183  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3184  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3185  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3186  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3187  */
3188 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3189                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3190 {
3191         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3192                     bfqq->last_idle_bklogged +
3193                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3194                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3195                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3196 }
3197
3198 static bool bfq_bfqq_injectable(struct bfq_queue *bfqq)
3199 {
3200         return BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3201                 blk_queue_nonrot(bfqq->bfqd->queue) &&
3202                 bfqq->bfqd->hw_tag;
3203 }
3204
3205 /**
3206  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3207  * @bfqd: device owning the queue.
3208  * @bfqq: the queue to expire.
3209  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3210  * @reason: the reason causing the expiration.
3211  *
3212  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3213  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3214  * in service instead of the service it has received (see
3215  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3216  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3217  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3218  * received more service than what it has actually received. In the
3219  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3220  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3221  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3222  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3223  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3224  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3225  *
3226  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3227  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3228  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3229  * guarantees among the latter.
3230  */
3231 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3232                      struct bfq_queue *bfqq,
3233                      bool compensate,
3234                      enum bfqq_expiration reason)
3235 {
3236         bool slow;
3237         unsigned long delta = 0;
3238         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3239         int ref;
3240
3241         /*
3242          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3243          */
3244         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3245
3246         /*
3247          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3248          * timed-out queues with the time and not the service
3249          * received, to favor sequential workloads.
3250          *
3251          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3252          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3253          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3254          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3255          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3256          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3257          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3258          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3259          * or quasi-sequential processes.
3260          */
3261         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3262             (slow ||
3263              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3264               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3265                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3266
3267         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3268             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3269                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3270
3271         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3272                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3273
3274         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3275             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3276                 /*
3277                  * If we get here, and there are no outstanding
3278                  * requests, then the request pattern is isochronous
3279                  * (see the comments on the function
3280                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3281                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3282                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3283                  * the completion of all the outstanding requests to
3284                  * discover whether the request pattern is actually
3285                  * isochronous.
3286                  */
3287                 if (bfqq->dispatched == 0)
3288                         bfqq->soft_rt_next_start =
3289                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3290                 else {
3291                         /*
3292                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3293                          * the task may be discovered to be isochronous.
3294                          */
3295                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3296                 }
3297         }
3298
3299         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3300                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3301                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3302
3303         /*
3304          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3305          * reason.
3306          */
3307         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3308         ref = bfqq->ref;
3309         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3310
3311         if (ref == 1) /* bfqq is gone, no more actions on it */
3312                 return;
3313
3314         bfqq->injected_service = 0;
3315
3316         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3317         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3318             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3319             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3320                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3321                 /*
3322                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3323                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3324                  * service with this same budget (as if it never expired)
3325                  */
3326         } else
3327                 entity->service = 0;
3328
3329         /*
3330          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3331          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3332          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3333          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3334          * chance to go on being served using the last, partially
3335          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3336          * because if bfqq then actually goes on being served using
3337          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3338          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3339          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3340          * to keep entity->service for parent entities too, because
3341          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3342          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3343          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3344          * service with the same budget.
3345          */
3346         entity = entity->parent;
3347         for_each_entity(entity)
3348                 entity->service = 0;
3349 }
3350
3351 /*
3352  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3353  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3354  * idle timer expirations.
3355  */
3356 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3357 {
3358         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3359 }
3360
3361 /*
3362  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3363  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3364  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3365  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3366  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3367  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3368  */
3369 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3370 {
3371         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3372                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3373                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3374                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3375                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3376
3377         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3378                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3379                 &&
3380                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3381 }
3382
3383 /*
3384  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3385  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3386  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3387  * service guarantees, the return value of this function plays a
3388  * critical role in both these aspects as well.
3389  *
3390  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3391  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3392  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3393  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3394  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3395  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3396  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3397  * issue.
3398  *
3399  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3400  * first, computing a number of boolean variables that take into
3401  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3402  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3403  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3404  * individually while introducing the variables.
3405  */
3406 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3407 {
3408         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3409         bool rot_without_queueing =
3410                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3411                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3412                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3413                 idling_needed_for_service_guarantees,
3414                 asymmetric_scenario;
3415
3416         if (bfqd->strict_guarantees)
3417                 return true;
3418
3419         /*
3420          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3421          * do not idle if
3422          * (a) bfqq is async
3423          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3424          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3425          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3426          */
3427         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3428             bfq_class_idle(bfqq))
3429                 return false;
3430
3431         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3432                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3433
3434         /*
3435          * The next variable takes into account the cases where idling
3436          * boosts the throughput.
3437          *
3438          * The value of the variable is computed considering, first, that
3439          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3440          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3441          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3442          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3443          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3444          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3445          *     I/O-bound and sequential.
3446          *
3447          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3448          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3449          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3450          * the throughput in proportion to how fast the device
3451          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3452          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3453          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3454          * flash-based device.
3455          */
3456         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3457                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3458                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3459
3460         /*
3461          * The value of the next variable,
3462          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3463          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3464          * special case, described below, idling may cause problems to
3465          * weight-raised queues.
3466          *
3467          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3468          * of write hogs), if the processes associated with
3469          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3470          * then processes associated with weight-raised queues have a
3471          * higher probability to get a request from the pool
3472          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3473          * they have a higher probability to actually get a fraction
3474          * of the device throughput proportional to their high
3475          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3476          * which enqueue several requests in advance, and further
3477          * reorder internally-queued requests.
3478          *
3479          * For this reason, we force to false the value of
3480          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3481          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3482          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3483          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3484          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3485          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3486          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3487          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3488          * to ask for a lower number of requests from the request
3489          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3490          * again. This often mitigates starvation problems in the
3491          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3492          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3493          * in these hostile scenarios.
3494          */
3495         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3496                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3497
3498         /*
3499          * There is then a case where idling must be performed not
3500          * for throughput concerns, but to preserve service
3501          * guarantees.
3502          *
3503          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3504          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3505          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3506          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3507          * actual request service order. In particular, the critical
3508          * situation is when requests from different processes happen
3509          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3510          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3511          * the service order of the internally-queued requests, does
3512          * determine also the actual throughput distribution among
3513          * these processes. But the drive typically has no notion or
3514          * concern about per-process throughput distribution, and
3515          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3516          * the service distribution enforced by the drive's internal
3517          * scheduler is likely to coincide with the desired
3518          * device-throughput distribution only in a completely
3519          * symmetric scenario where:
3520          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3521          *      the others;
3522          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3523                 (either sequential or random).
3524          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3525          * the requests of each of these processes in about the same
3526          * way as the requests of the others, and thus to provide
3527          * each of these processes with about the same throughput
3528          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3529          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3530          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3531          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3532          * details).
3533          *
3534          * We address this issue by controlling, actually, only the
3535          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3536          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3537          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3538          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3539          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3540          * many requests, possibly of several processes. The reason
3541          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3542          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3543          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3544          * explained in the next two paragraphs.
3545          *
3546          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3547          * can still preempt the new in-service queue if the next
3548          * request of Q arrives soon (see the comments on
3549          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3550          * groups have the same weight, this form of preemption,
3551          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3552          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3553          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3554          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3555          * idling allows the internal queues of the device to contain
3556          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3557          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3558          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3559          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3560          * service guarantees are preserved without minimally
3561          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3562          * throughput and its desired distribution are obtained.
3563          *
3564          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3565          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3566          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3567          * that there are two queues with the same weight, but that
3568          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3569          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3570          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3571          * most one request at a time, which implies that each queue
3572          * always remains idle after it is served. Finally, after
3573          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3574          * request. It follows that the two queues are served
3575          * alternatively, preempting each other if needed. This
3576          * implies that, although both queues have the same weight,
3577          * the queue with large requests receives a service that is
3578          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3579          * queue.
3580          *
3581          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3582          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3583          * following queues, which are likely to need stronger
3584          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3585          * with a higher weight than other queues. When such queues
3586          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3587          * device idling.
3588          *
3589          * According to the above considerations, the next variable is
3590          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3591          * value of this variable, we not only use the return value of
3592          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3593          * whether bfqq is being weight-raised, because
3594          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3595          * weight-raised queues (see comments on
3596          * bfq_weights_tree_add()). In particular, if bfqq is being
3597          * weight-raised, it is important to idle only if there are
3598          * other, non-weight-raised queues that may steal throughput
3599          * to bfqq. Actually, we should be even more precise, and
3600          * differentiate between interactive weight raising and
3601          * soft real-time weight raising.
3602          *
3603          * As a side note, it is worth considering that the above
3604          * device-idling countermeasures may however fail in the
3605          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3606          * disabled in a time period during which all symmetry
3607          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3608          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3609          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3610          * to let requests be served in the desired order until all
3611          * the requests already queued in the device have been served.
3612          */
3613         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3614                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3615                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3616
3617         /*
3618          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3619          * best choice even if it may cause unfairness toward
3620          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3621          * queue activations. Queues that became active during a large
3622          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3623          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3624          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3625          * then the device must no be idled, because not idling the
3626          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3627          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3628          * now establish when idling is actually needed to preserve
3629          * service guarantees.
3630          */
3631         idling_needed_for_service_guarantees =
3632                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3633
3634         /*
3635          * We have now all the components we need to compute the
3636          * return value of the function, which is true only if idling
3637          * either boosts the throughput (without issues), or is
3638          * necessary to preserve service guarantees.
3639          */
3640         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3641                 idling_needed_for_service_guarantees;
3642 }
3643
3644 /*
3645  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3646  * returns true, then:
3647  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3648  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3649  *    request for the queue.
3650  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3651  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3652  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3653  * returns true.
3654  */
3655 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3656 {
3657         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3658 }
3659
3660 static struct bfq_queue *bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3661 {
3662         struct bfq_queue *bfqq;
3663
3664         /*
3665          * A linear search; but, with a high probability, very few
3666          * steps are needed to find a candidate queue, i.e., a queue
3667          * with enough budget left for its next request. In fact:
3668          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
3669          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
3670          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
3671          *   service, then the queue is removed from the active list
3672          *   (and re-added only if it gets new requests, but with
3673          *   enough budget for its new backlog).
3674          */
3675         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
3676                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3677                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
3678                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq))
3679                         return bfqq;
3680
3681         return NULL;
3682 }
3683
3684 /*
3685  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3686  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3687  */
3688 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3689 {
3690         struct bfq_queue *bfqq;
3691         struct request *next_rq;
3692         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3693
3694         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3695         if (!bfqq)
3696                 goto new_queue;
3697
3698         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3699
3700         /*
3701          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3702          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3703          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3704          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3705          * bfq_completed_request().
3706          */
3707         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3708             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3709                 goto expire;
3710
3711 check_queue:
3712         /*
3713          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3714          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3715          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3716          * request served.
3717          */
3718         next_rq = bfqq->next_rq;
3719         /*
3720          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3721          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3722          */
3723         if (next_rq) {
3724                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3725                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3726                         /*
3727                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3728                          * which makes sure that the next budget is
3729                          * enough to serve the next request, even if
3730                          * it comes from the fifo expired path.
3731                          */
3732                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3733                         goto expire;
3734                 } else {
3735                         /*
3736                          * The idle timer may be pending because we may
3737                          * not disable disk idling even when a new request
3738                          * arrives.
3739                          */
3740                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3741                                 /*
3742                                  * If we get here: 1) at least a new request
3743                                  * has arrived but we have not disabled the
3744                                  * timer because the request was too small,
3745                                  * 2) then the block layer has unplugged
3746                                  * the device, causing the dispatch to be
3747                                  * invoked.
3748                                  *
3749                                  * Since the device is unplugged, now the
3750                                  * requests are probably large enough to
3751                                  * provide a reasonable throughput.
3752                                  * So we disable idling.
3753                                  */
3754                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3755                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3756                         }
3757                         goto keep_queue;
3758                 }
3759         }
3760
3761         /*
3762          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3763          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3764          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3765          *
3766          * Yet, to boost throughput, inject service from other queues if
3767          * possible.
3768          */
3769         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3770             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3771                 if (bfq_bfqq_injectable(bfqq) &&
3772                     bfqq->injected_service * bfqq->inject_coeff <
3773                     bfqq->entity.service * 10)
3774                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
3775                 else
3776                         bfqq = NULL;
3777
3778                 goto keep_queue;
3779         }
3780
3781         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3782 expire:
3783         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3784 new_queue:
3785         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3786         if (bfqq) {
3787                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3788                 goto check_queue;
3789         }
3790 keep_queue:
3791         if (bfqq)
3792                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3793         else
3794                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3795
3796         return bfqq;
3797 }
3798
3799 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3800 {
3801         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3802
3803         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3804                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3805                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3806                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3807                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3808                         bfqq->wr_coeff,
3809                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3810
3811                 if (entity->prio_changed)
3812                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3813
3814                 /*
3815                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3816                  * time has elapsed from the beginning of this
3817                  * weight-raising period, then end weight raising.
3818                  */
3819                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3820                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3821                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3822                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3823                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3824                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3825                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3826                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3827                         else {
3828                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3829                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3830                         }
3831                 }
3832                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3833                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3834                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3835                         /* see comments on max_service_from_wr */
3836                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3837                 }
3838         }
3839         /*
3840          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3841          * update weight both if it must be raised and if it must be
3842          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3843          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3844          * next function with the last parameter unset (see the
3845          * comments on the function).
3846          */
3847         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3848                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3849                                                 entity, false);
3850 }
3851
3852 /*
3853  * Dispatch next request from bfqq.
3854  */
3855 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3856                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3857 {
3858         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3859         unsigned long service_to_charge;
3860
3861         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3862
3863         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3864
3865         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3866
3867         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
3868                 if (likely(bfqd->in_service_queue))
3869                         bfqd->in_service_queue->injected_service +=
3870                                 bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3871
3872                 goto return_rq;
3873         }
3874
3875         /*
3876          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3877          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3878          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3879          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3880          * weight-raised during this service slot, even if it has
3881          * received part or even most of the service as a
3882          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3883          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3884          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3885          */
3886         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3887
3888         /*
3889          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3890          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3891          * service.
3892          */
3893         if (!(bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
3894                 goto return_rq;
3895
3896         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3897
3898 return_rq:
3899         return rq;
3900 }
3901
3902 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3903 {
3904         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3905
3906         /*
3907          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3908          * most a call to dispatch for nothing
3909          */
3910         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3911                 bfqd->busy_queues > 0;
3912 }
3913
3914 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3915 {
3916         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3917         struct request *rq = NULL;
3918         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3919
3920         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3921                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3922                                       queuelist);
3923                 list_del_init(&rq->queuelist);
3924
3925                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3926
3927                 if (bfqq) {
3928                         /*
3929                          * Increment counters here, because this
3930                          * dispatch does not follow the standard
3931                          * dispatch flow (where counters are
3932                          * incremented)
3933                          */
3934                         bfqq->dispatched++;
3935
3936                         goto inc_in_driver_start_rq;
3937                 }
3938
3939                 /*
3940                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
3941                  * decrement rq_in_driver, but
3942                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
3943                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
3944                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
3945                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
3946                  * lower than it should be while this request is in
3947                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
3948                  * invoked uselessly.
3949                  *
3950                  * As for implementing an exact solution, the
3951                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
3952                  * probably invoked also on this request. So, by
3953                  * exploiting this hook, we could 1) increment
3954                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
3955                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
3956                  * let the value of the counter be always accurate,
3957                  * but it would entail using an extra interface
3958                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3959                  * being the frequency of non-elevator-private
3960                  * requests very low.
3961                  */
3962                 goto start_rq;
3963         }
3964
3965         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3966
3967         if (bfqd->busy_queues == 0)
3968                 goto exit;
3969
3970         /*
3971          * Force device to serve one request at a time if
3972          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3973          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3974          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3975          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3976          * some unlucky request wait for as long as the device
3977          * wishes.
3978          *
3979          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3980          * throughput.
3981          */
3982         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3983                 goto exit;
3984
3985         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3986         if (!bfqq)
3987                 goto exit;
3988
3989         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3990
3991         if (rq) {
3992 inc_in_driver_start_rq:
3993                 bfqd->rq_in_driver++;
3994 start_rq:
3995                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3996         }
3997 exit:
3998         return rq;
3999 }
4000
4001 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4002 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4003                                       struct request *rq,
4004                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4005                                       bool idle_timer_disabled)
4006 {
4007         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4008
4009         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4010                 return;
4011
4012         /*
4013          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4014          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4015          * dispatched to the device, and then can be completed and
4016          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4017          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4018          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4019          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4020          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4021          *
4022          * In addition, the following queue lock guarantees that
4023          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4024          */
4025         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4026         if (idle_timer_disabled)
4027                 /*
4028                  * Since the idle timer has been disabled,
4029                  * in_serv_queue contained some request when
4030                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4031                  * implies that rq was picked exactly from
4032                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4033                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4034                  * arguments.
4035                  */
4036                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4037         if (bfqq) {
4038                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4039
4040                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4041                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4042                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4043         }
4044         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4045 }
4046 #else
4047 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4048                                              struct request *rq,
4049                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4050                                              bool idle_timer_disabled) {}
4051 #endif
4052
4053 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4054 {
4055         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4056         struct request *rq;
4057         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4058         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4059
4060         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4061
4062         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4063         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4064
4065         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4066
4067         idle_timer_disabled =
4068                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4069
4070         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4071
4072         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4073                                   idle_timer_disabled);
4074
4075         return rq;
4076 }
4077
4078 /*
4079  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4080  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4081  *
4082  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4083  * this function on it.
4084  */
4085 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4086 {
4087 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4088         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4089 #endif
4090
4091         if (bfqq->bfqd)
4092                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4093                              bfqq, bfqq->ref);
4094
4095         bfqq->ref--;
4096         if (bfqq->ref)
4097                 return;
4098
4099         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4100                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4101                 /*
4102                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4103                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4104                  * does not contribute to the burst any longer. This
4105                  * decrement helps filter out false positives of large
4106                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4107                  * the execution of commands by some service) happens
4108                  * to start and exit while a complex application is
4109                  * starting, and thus spawning several processes that
4110                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4111                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4112                  *
4113                  * In particular, the decrement is performed only if:
4114                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4115                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4116                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4117                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4118                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4119                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4120                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4121                  * the current burst list--without incrementing
4122                  * bust_size--because of a split, but the current
4123                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4124                  * (see comments on the case of a split in
4125                  * bfq_set_request).
4126                  */
4127                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4128                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4129         }
4130
4131         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4132 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4133         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4134 #endif
4135 }
4136
4137 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4138 {
4139         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4140
4141         /*
4142          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4143          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4144          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4145          */
4146         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4147         while (__bfqq) {
4148                 if (__bfqq == bfqq)
4149                         break;
4150                 next = __bfqq->new_bfqq;
4151                 bfq_put_queue(__bfqq);
4152                 __bfqq = next;
4153         }
4154 }
4155
4156 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4157 {
4158         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4159                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4160                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4161         }
4162
4163         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4164
4165         bfq_put_cooperator(bfqq);
4166
4167         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4168 }
4169
4170 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4171 {
4172         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4173         struct bfq_data *bfqd;
4174
4175         if (bfqq)
4176                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4177
4178         if (bfqq && bfqd) {
4179                 unsigned long flags;
4180
4181                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4182                 bfqq->bic = NULL;
4183                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4184                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4185                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4186         }
4187 }
4188
4189 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4190 {
4191         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4192
4193         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4194         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4195 }
4196
4197 /*
4198  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4199  * be used until the next (re)activation.
4200  */
4201 static void
4202 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4203 {
4204         struct task_struct *tsk = current;
4205         int ioprio_class;
4206         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4207
4208         if (!bfqd)
4209                 return;
4210
4211         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4212         switch (ioprio_class) {
4213         default:
4214                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4215                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4216                 /* fall through */
4217         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4218                 /*
4219                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4220                  */
4221                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4222                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4223                 break;
4224         case IOPRIO_CLASS_RT:
4225                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4226                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4227                 break;
4228         case IOPRIO_CLASS_BE:
4229                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4230                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4231                 break;
4232         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4233                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4234                 bfqq->new_ioprio = 7;
4235                 break;
4236         }
4237
4238         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4239                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4240                         bfqq->new_ioprio);
4241                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4242         }
4243
4244         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4245         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4246 }
4247
4248 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4249                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4250                                        struct bfq_io_cq *bic);
4251
4252 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4253 {
4254         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4255         struct bfq_queue *bfqq;
4256         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4257
4258         /*
4259          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4260          * drop the lock before returning.
4261          */
4262         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4263                 return;
4264
4265         bic->ioprio = ioprio;
4266
4267         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4268         if (bfqq) {
4269                 /* release process reference on this queue */
4270                 bfq_put_queue(bfqq);
4271                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4272                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4273         }
4274
4275         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4276         if (bfqq)
4277                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4278 }
4279
4280 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4281                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4282 {
4283         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4284         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4285         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4286
4287         bfqq->ref = 0;
4288         bfqq->bfqd = bfqd;
4289
4290         if (bic)
4291                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4292
4293         if (is_sync) {
4294                 /*
4295                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4296                  * idle_class, because no device idling is performed
4297                  * for queues in idle class
4298                  */
4299                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4300                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4301                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4302                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4303                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4304                 /*
4305                  * Aggressively inject a lot of service: up to 90%.
4306                  * This coefficient remains constant during bfqq life,
4307                  * but this behavior might be changed, after enough
4308                  * testing and tuning.
4309                  */
4310                 bfqq->inject_coeff = 1;
4311         } else
4312                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4313
4314         /* set end request to minus infinity from now */
4315         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4316
4317         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4318
4319         bfqq->pid = pid;
4320
4321         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4322         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4323         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4324
4325         bfqq->wr_coeff = 1;
4326         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4327         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4328         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4329
4330         /*
4331          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4332          * process/queue in the recent past,
4333          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4334          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4335          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4336          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4337          * no bandwidth so far.
4338          */
4339         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4340
4341         /* first request is almost certainly seeky */
4342         bfqq->seek_history = 1;
4343 }
4344
4345 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4346                                                struct bfq_group *bfqg,
4347                                                int ioprio_class, int ioprio)
4348 {
4349         switch (ioprio_class) {
4350         case IOPRIO_CLASS_RT:
4351                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4352         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4353                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4354                 /* fall through */
4355         case IOPRIO_CLASS_BE:
4356                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4357         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4358                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4359         default:
4360                 return NULL;
4361         }
4362 }
4363
4364 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4365                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4366                                        struct bfq_io_cq *bic)
4367 {
4368         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4369         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4370         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4371         struct bfq_queue *bfqq;
4372         struct bfq_group *bfqg;
4373
4374         rcu_read_lock();
4375
4376         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4377         if (!bfqg) {
4378                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4379                 goto out;
4380         }
4381
4382         if (!is_sync) {
4383                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4384                                                   ioprio);
4385                 bfqq = *async_bfqq;
4386                 if (bfqq)
4387                         goto out;
4388         }
4389
4390         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4391                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4392                                      bfqd->queue->node);
4393
4394         if (bfqq) {
4395                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4396                               is_sync);
4397                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4398                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4399         } else {
4400                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4401                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4402                 goto out;
4403         }
4404
4405         /*
4406          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4407          * prune it.
4408          */
4409         if (async_bfqq) {
4410                 bfqq->ref++; /*
4411                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4412                               * queue. This extra reference is removed
4413                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4414                               * guarantee that this queue is not freed
4415                               * until its group goes away.
4416                               */
4417                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4418                              bfqq, bfqq->ref);
4419                 *async_bfqq = bfqq;
4420         }
4421
4422 out:
4423         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4424         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4425         rcu_read_unlock();
4426         return bfqq;
4427 }
4428
4429 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4430                                     struct bfq_queue *bfqq)
4431 {
4432         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4433         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4434
4435         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4436
4437         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4438         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4439         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4440                                      ttime->ttime_samples);
4441 }
4442
4443 static void
4444 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4445                        struct request *rq)
4446 {
4447         bfqq->seek_history <<= 1;
4448         bfqq->seek_history |=
4449                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4450                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4451                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4452 }
4453
4454 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4455                                        struct bfq_queue *bfqq,
4456                                        struct bfq_io_cq *bic)
4457 {
4458         bool has_short_ttime = true;
4459
4460         /*
4461          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4462          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4463          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4464          */
4465         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4466             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4467                 return;
4468
4469         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4470         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4471                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4472                 return;
4473
4474         /* Think time is infinite if no process is linked to
4475          * bfqq. Otherwise check average think time to
4476          * decide whether to mark as has_short_ttime
4477          */
4478         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4479             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4480              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4481                 has_short_ttime = false;
4482
4483         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4484                      has_short_ttime);
4485
4486         if (has_short_ttime)
4487                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4488         else
4489                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4490 }
4491
4492 /*
4493  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4494  * something we should do about it.
4495  */
4496 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4497                             struct request *rq)
4498 {
4499         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4500
4501         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4502                 bfqq->meta_pending++;
4503
4504         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4505         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4506         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4507
4508         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4509                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4510                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4511
4512         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4513
4514         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4515                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4516                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4517                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4518
4519                 /*
4520                  * There is just this request queued: if the request
4521                  * is small and the queue is not to be expired, then
4522                  * just exit.
4523                  *
4524                  * In this way, if the device is being idled to wait
4525                  * for a new request from the in-service queue, we
4526                  * avoid unplugging the device and committing the
4527                  * device to serve just a small request. On the
4528                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4529                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4530                  * will be merged to this one quickly, then the device
4531                  * will be unplugged and larger requests will be
4532                  * dispatched.
4533                  */
4534                 if (small_req && !budget_timeout)
4535                         return;
4536
4537                 /*
4538                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4539                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4540                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4541                  * timer.
4542                  */
4543                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4544                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4545
4546                 /*
4547                  * The queue is not empty, because a new request just
4548                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4549                  * case of budget timeout, without risking that the
4550                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4551                  * See [1] for more details.
4552                  */
4553                 if (budget_timeout)
4554                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4555                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4556         }
4557 }
4558
4559 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4560 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4561 {
4562         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4563                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4564         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4565
4566         if (new_bfqq) {
4567                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4568                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4569                 /*
4570                  * Release the request's reference to the old bfqq
4571                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4572                  */
4573                 new_bfqq->allocated++;
4574                 bfqq->allocated--;
4575                 new_bfqq->ref++;
4576                 /*
4577                  * If the bic associated with the process
4578                  * issuing this request still points to bfqq
4579                  * (and thus has not been already redirected
4580                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4581                  * then complete the merge and redirect it to
4582                  * new_bfqq.
4583                  */
4584                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4585                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4586                                         bfqq, new_bfqq);
4587
4588                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4589                 /*
4590                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4591                  * release rq reference on bfqq
4592                  */
4593                 bfq_put_queue(bfqq);
4594                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4595                 bfqq = new_bfqq;
4596         }
4597
4598         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4599         bfq_add_request(rq);
4600         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4601
4602         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4603         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4604
4605         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4606
4607         return idle_timer_disabled;
4608 }
4609
4610 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4611 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4612                                     struct bfq_queue *bfqq,
4613                                     bool idle_timer_disabled,
4614                                     unsigned int cmd_flags)
4615 {
4616         if (!bfqq)
4617                 return;
4618
4619         /*
4620          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4621          * either it is merged with another queue, or the process it
4622          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4623          * the same process currently executing this flow of
4624          * instructions.
4625          *
4626          * In addition, the following queue lock guarantees that
4627          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4628          */
4629         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4630         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4631         if (idle_timer_disabled)
4632                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4633         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4634 }
4635 #else
4636 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4637                                            struct bfq_queue *bfqq,
4638                                            bool idle_timer_disabled,
4639                                            unsigned int cmd_flags) {}
4640 #endif
4641
4642 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4643                                bool at_head)
4644 {
4645         struct request_queue *q = hctx->queue;
4646         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4647         struct bfq_queue *bfqq;
4648         bool idle_timer_disabled = false;
4649         unsigned int cmd_flags;
4650
4651         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4652         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4653                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4654                 return;
4655         }
4656
4657         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4658
4659         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4660
4661         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4662         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4663         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4664                 if (at_head)
4665                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4666                 else
4667                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4668         } else {
4669                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4670                 /*
4671                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4672                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4673                  * redirected into a new queue.
4674                  */
4675                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4676
4677                 if (rq_mergeable(rq)) {
4678                         elv_rqhash_add(q, rq);
4679                         if (!q->last_merge)
4680                                 q->last_merge = rq;
4681                 }
4682         }
4683
4684         /*
4685          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4686          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4687          * merge).
4688          */
4689         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4690
4691         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4692
4693         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4694                                 cmd_flags);
4695 }
4696
4697 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4698                                 struct list_head *list, bool at_head)
4699 {
4700         while (!list_empty(list)) {
4701                 struct request *rq;
4702
4703                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4704                 list_del_init(&rq->queuelist);
4705                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4706         }
4707 }
4708
4709 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4710 {
4711         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4712                                        bfqd->rq_in_driver);
4713
4714         if (bfqd->hw_tag == 1)
4715                 return;
4716
4717         /*
4718          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4719          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4720          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4721          * requests.
4722          */
4723         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4724                 return;
4725
4726         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4727                 return;
4728
4729         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4730         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4731         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4732 }
4733
4734 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4735 {
4736         u64 now_ns;
4737         u32 delta_us;
4738
4739         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4740
4741         bfqd->rq_in_driver--;
4742         bfqq->dispatched--;
4743
4744         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4745                 /*
4746                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4747                  * time at which the queue remains with no backlog and
4748                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4749                  * mechanism).
4750                  */
4751                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4752
4753                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4754         }
4755
4756         now_ns = ktime_get_ns();
4757
4758         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4759
4760         /*
4761          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4762          * computing rate in next check.
4763          */
4764         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4765
4766         /*
4767          * If the request took rather long to complete, and, according
4768          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4769          * implies that the request was certainly served at a very low
4770          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4771          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4772          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4773          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4774          * taken:
4775          * - close the observation interval at the last (previous)
4776          *   request dispatch or completion
4777          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4778          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4779          *   re-initialization of the observation interval on next
4780          *   dispatch
4781          */
4782         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4783            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4784                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4785                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4786         bfqd->last_completion = now_ns;
4787
4788         /*
4789          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4790          * of the task associated with the queue is actually
4791          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4792          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4793          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4794          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4795          * has in-flight requests.
4796          */
4797         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4798             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4799                 bfqq->soft_rt_next_start =
4800                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4801
4802         /*
4803          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4804          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4805          */
4806         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4807                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4808                         if (bfqq->dispatched == 0)
4809                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4810                         /*
4811                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4812                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4813                          * more requests (as controlled in the next
4814                          * conditional instructions). The reason for
4815                          * not expiring bfqq is as follows.
4816                          *
4817                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4818                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4819                          * implies that, even if no request arrives
4820                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4821                          * bfqq will, however, not be expired on the
4822                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4823                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4824                          * bfqq will start enjoying device idling
4825                          * (I/O-dispatch plugging).
4826                          *
4827                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4828                          * not have the chance to enjoy device idling
4829                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4830                          * zero. This would expose bfqq to violation
4831                          * of its reserved service guarantees.
4832                          */
4833                         return;
4834                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4835                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4836                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4837                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4838                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4839                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4840                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4841                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4842         }
4843
4844         if (!bfqd->rq_in_driver)
4845                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4846 }
4847
4848 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4849 {
4850         bfqq->allocated--;
4851
4852         bfq_put_queue(bfqq);
4853 }
4854
4855 /*
4856  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4857  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4858  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4859  * the scheduler.
4860  */
4861 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4862 {
4863         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4864         struct bfq_data *bfqd;
4865
4866         /*
4867          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4868          * checking whether the involved request is actually still
4869          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4870          * following two checks make this function exit in case of
4871          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4872          *
4873          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4874          */
4875         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4876                 return;
4877
4878         /*
4879          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4880          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4881          * a bfq_queue.
4882          */
4883         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4884                 return;
4885
4886         bfqd = bfqq->bfqd;
4887
4888         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4889                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4890                                              rq->start_time_ns,
4891                                              rq->io_start_time_ns,
4892                                              rq->cmd_flags);
4893
4894         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4895                 unsigned long flags;
4896
4897                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4898
4899                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4900                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4901
4902                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4903         } else {
4904                 /*
4905                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4906                  * in which case we need to remove it (this should
4907                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4908                  * defer such a check and removal, to avoid
4909                  * inconsistencies in the time interval from the end
4910                  * of this function to the start of the deferred work.
4911                  * This situation seems to occur only in process
4912                  * context, as a consequence of a merge. In the
4913                  * current version of the code, this implies that the
4914                  * lock is held.
4915                  */
4916
4917                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4918                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4919                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4920                                                     rq->cmd_flags);
4921                 }
4922                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4923         }
4924
4925         /*
4926          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
4927          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
4928          * invoked again on this same request (see the check at the
4929          * beginning of the function). Probably, a better general
4930          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
4931          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
4932          * referred by that elevator.
4933          *
4934          * Resetting the following fields would break the
4935          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
4936          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
4937          * that re-insertions of requeued requests, without
4938          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
4939          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
4940          * queues).
4941          */
4942         rq->elv.priv[0] = NULL;
4943         rq->elv.priv[1] = NULL;
4944 }
4945
4946 /*
4947  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4948  * was the last process referring to that bfqq.
4949  */
4950 static struct bfq_queue *
4951 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4952 {
4953         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4954
4955         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4956                 bfqq->pid = current->pid;
4957                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4958                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4959                 return bfqq;
4960         }
4961
4962         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4963
4964         bfq_put_cooperator(bfqq);
4965
4966         bfq_put_queue(bfqq);
4967         return NULL;
4968 }
4969
4970 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4971                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4972                                                    struct bio *bio,
4973                                                    bool split, bool is_sync,
4974                                                    bool *new_queue)
4975 {
4976         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4977
4978         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4979                 return bfqq;
4980
4981         if (new_queue)
4982                 *new_queue = true;
4983
4984         if (bfqq)
4985                 bfq_put_queue(bfqq);
4986         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4987
4988         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4989         if (split && is_sync) {
4990                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4991                     bic->saved_in_large_burst)
4992                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4993                 else {
4994                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4995                         if (bic->was_in_burst_list)
4996                                 /*
4997                                  * If bfqq was in the current
4998                                  * burst list before being
4999                                  * merged, then we have to add
5000                                  * it back. And we do not need
5001                                  * to increase burst_size, as
5002                                  * we did not decrement
5003                                  * burst_size when we removed
5004                                  * bfqq from the burst list as
5005                                  * a consequence of a merge
5006                                  * (see comments in
5007                                  * bfq_put_queue). In this
5008                                  * respect, it would be rather
5009                                  * costly to know whether the
5010                                  * current burst list is still
5011                                  * the same burst list from
5012                                  * which bfqq was removed on
5013                                  * the merge. To avoid this
5014                                  * cost, if bfqq was in a
5015                                  * burst list, then we add
5016                                  * bfqq to the current burst
5017                                  * list without any further
5018                                  * check. This can cause
5019                                  * inappropriate insertions,
5020                                  * but rarely enough to not
5021                                  * harm the detection of large
5022                                  * bursts significantly.
5023                                  */
5024                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5025                                                &bfqd->burst_list);
5026                 }
5027                 bfqq->split_time = jiffies;
5028         }
5029
5030         return bfqq;
5031 }
5032
5033 /*
5034  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5035  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5036  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5037  * preparation.
5038  */
5039 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5040 {
5041         /*
5042          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5043          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5044          * previously allocated bic/bfqq structs.
5045          */
5046         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5047 }
5048
5049 /*
5050  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5051  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5052  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5053  * not associated with any bfq_queue.
5054  *
5055  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5056  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5057  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5058  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5059  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5060  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5061  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5062  * signal this tranformation. As a consequence, should these
5063  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5064  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5065  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5066  * incremented some queue counters for an rq destined to
5067  * transformation, without any chance to correctly lower these
5068  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5069  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5070  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5071  */
5072 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5073 {
5074         struct request_queue *q = rq->q;
5075         struct bio *bio = rq->bio;
5076         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5077         struct bfq_io_cq *bic;
5078         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5079         struct bfq_queue *bfqq;
5080         bool new_queue = false;
5081         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5082
5083         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5084                 return NULL;
5085
5086         /*
5087          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5088          * for this rq. This holds true, because this function is
5089          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5090          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5091          * being removed from bfq.
5092          */
5093         if (rq->elv.priv[1])
5094                 return rq->elv.priv[1];
5095
5096         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5097
5098         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5099
5100         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5101
5102         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5103                                          &new_queue);
5104
5105         if (likely(!new_queue)) {
5106                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5107                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5108                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5109
5110                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5111                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5112                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5113
5114                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5115                         split = true;
5116
5117                         if (!bfqq)
5118                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5119                                                                  true, is_sync,
5120                                                                  NULL);
5121                         else
5122                                 bfqq_already_existing = true;
5123                 }
5124         }
5125
5126         bfqq->allocated++;
5127         bfqq->ref++;
5128         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5129                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5130
5131         rq->elv.priv[0] = bic;
5132         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5133
5134         /*
5135          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5136          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5137          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5138          * resume its state.
5139          */
5140         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5141                 bfqq->bic = bic;
5142                 if (split) {
5143                         /*
5144                          * The queue has just been split from a shared
5145                          * queue: restore the idle window and the
5146                          * possible weight raising period.
5147                          */
5148                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5149                                               bfqq_already_existing);
5150                 }
5151         }
5152
5153         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5154                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5155
5156         return bfqq;
5157 }
5158
5159 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
5160 {
5161         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5162         enum bfqq_expiration reason;
5163         unsigned long flags;
5164
5165         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5166         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5167
5168         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5169                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5170                 return;
5171         }
5172
5173         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5174                 /*
5175                  * Also here the queue can be safely expired
5176                  * for budget timeout without wasting
5177                  * guarantees
5178                  */
5179                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5180         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5181                 /*
5182                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5183                  * because we may not disable the timer when the
5184                  * first request of the in-service queue arrives
5185                  * during disk idling.
5186                  */
5187                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5188         else
5189                 goto schedule_dispatch;
5190
5191         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5192
5193 schedule_dispatch:
5194         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5195         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5196 }
5197
5198 /*
5199  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5200  * is idling inside its time slice.
5201  */
5202 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5203 {
5204         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5205                                              idle_slice_timer);
5206         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5207
5208         /*
5209          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5210          * different from the queue that was idling if a new request
5211          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5212          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5213          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5214          * early.
5215          */
5216         if (bfqq)
5217                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5218
5219         return HRTIMER_NORESTART;
5220 }
5221
5222 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5223                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5224 {
5225         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5226
5227         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5228         if (bfqq) {
5229                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5230
5231                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5232                              bfqq, bfqq->ref);
5233                 bfq_put_queue(bfqq);
5234                 *bfqq_ptr = NULL;
5235         }
5236 }
5237
5238 /*
5239  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5240  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5241  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5242  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5243  */
5244 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5245 {
5246         int i, j;
5247
5248         for (i = 0; i < 2; i++)
5249                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5250                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5251
5252         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5253 }
5254
5255 /*
5256  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5257  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5258  */
5259 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5260                                       struct sbitmap_queue *bt)
5261 {
5262         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5263
5264         /*
5265          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5266          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5267          *
5268          * In next formulas, right-shift the value
5269          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5270          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5271          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5272          * limit 'something'.
5273          */
5274         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5275         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5276         /*
5277          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5278          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5279          * writes)
5280          */
5281         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5282
5283         /*
5284          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5285          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5286          * highest percentage for which, in our tests, application
5287          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5288          * shortage.
5289          */
5290         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5291         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5292         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5293         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5294
5295         for (i = 0; i < 2; i++)
5296                 for (j = 0; j < 2; j++)
5297                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5298
5299         return min_shallow;
5300 }
5301
5302 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5303 {
5304         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5305         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5306         unsigned int min_shallow;
5307
5308         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5309         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5310 }
5311
5312 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5313 {
5314         bfq_depth_updated(hctx);
5315         return 0;
5316 }
5317
5318 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5319 {
5320         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5321         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5322
5323         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5324
5325         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5326         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5327                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5328         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5329
5330         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5331
5332 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5333         /* release oom-queue reference to root group */
5334         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5335
5336         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5337 #else
5338         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5339         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5340         kfree(bfqd->root_group);
5341         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5342 #endif
5343
5344         kfree(bfqd);
5345 }
5346
5347 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5348                                 struct bfq_data *bfqd)
5349 {
5350         int i;
5351
5352 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5353         root_group->entity.parent = NULL;
5354         root_group->my_entity = NULL;
5355         root_group->bfqd = bfqd;
5356 #endif
5357         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5358         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5359                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5360         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5361 }
5362
5363 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5364 {
5365         struct bfq_data *bfqd;
5366         struct elevator_queue *eq;
5367
5368         eq = elevator_alloc(q, e);
5369         if (!eq)
5370                 return -ENOMEM;
5371
5372         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5373         if (!bfqd) {
5374                 kobject_put(&eq->kobj);
5375                 return -ENOMEM;
5376         }
5377         eq->elevator_data = bfqd;
5378
5379         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5380         q->elevator = eq;
5381         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5382
5383         /*
5384          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5385          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5386          * will not attempt to free it.
5387          */
5388         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5389         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5390         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5391         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5392         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5393                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5394
5395         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5396         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5397
5398         /*
5399          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5400          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5401          * class won't be changed any more.
5402          */
5403         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5404
5405         bfqd->queue = q;
5406
5407         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5408
5409         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5410                      HRTIMER_MODE_REL);
5411         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5412
5413         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5414         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
5415
5416         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5417         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5418         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5419
5420         bfqd->hw_tag = -1;
5421
5422         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5423
5424         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5425         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5426         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5427         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5428         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5429         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5430
5431         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5432
5433         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5434         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5435
5436         bfqd->low_latency = true;
5437
5438         /*
5439          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5440          */
5441         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5442         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5443         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5444         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5445         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5446         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5447                                               * Approximate rate required
5448                                               * to playback or record a
5449                                               * high-definition compressed
5450                                               * video.
5451                                               */
5452         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5453
5454         /*
5455          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5456          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5457          */
5458         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5459                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5460         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5461
5462         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5463
5464         /*
5465          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5466          * function is the head of a chain of function calls
5467          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5468          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5469          * has_work hook function. For this reason,
5470          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5471          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5472          * that can be initialized only after invoking
5473          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5474          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5475          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5476          * from invoking further scheduler hooks before this init
5477          * function is finished.
5478          */
5479         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5480         if (!bfqd->root_group)
5481                 goto out_free;
5482         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5483         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5484
5485         wbt_disable_default(q);
5486         return 0;
5487
5488 out_free:
5489         kfree(bfqd);
5490         kobject_put(&eq->kobj);
5491         return -ENOMEM;
5492 }
5493
5494 static void bfq_slab_kill(void)
5495 {
5496         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5497 }
5498
5499 static int __init bfq_slab_setup(void)
5500 {
5501         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5502         if (!bfq_pool)
5503                 return -ENOMEM;
5504         return 0;
5505 }
5506
5507 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5508 {
5509         return sprintf(page, "%u\n", var);
5510 }
5511
5512 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5513 {
5514         unsigned long new_val;
5515         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5516
5517         if (ret)
5518                 return ret;
5519         *var = new_val;
5520         return 0;
5521 }
5522
5523 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5524 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5525 {                                                                       \
5526         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5527         u64 __data = __VAR;                                             \
5528         if (__CONV == 1)                                                \
5529                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5530         else if (__CONV == 2)                                           \
5531                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5532         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5533 }
5534 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5535 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5536 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5537 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5538 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5539 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5540 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5541 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5542 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5543 #undef SHOW_FUNCTION
5544
5545 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5546 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5547 {                                                                       \
5548         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5549         u64 __data = __VAR;                                             \
5550         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5551         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5552 }
5553 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5554 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5555
5556 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5557 static ssize_t                                                          \
5558 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5559 {                                                                       \
5560         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5561         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5562         int ret;                                                        \
5563                                                                         \
5564         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5565         if (ret)                                                        \
5566                 return ret;                                             \
5567         if (__data < __min)                                             \
5568                 __data = __min;                                         \
5569         else if (__data > __max)                                        \
5570                 __data = __max;                                         \
5571         if (__CONV == 1)                                                \
5572                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5573         else if (__CONV == 2)                                           \
5574                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5575         else                                                            \
5576                 *(__PTR) = __data;                                      \
5577         return count;                                                   \
5578 }
5579 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5580                 INT_MAX, 2);
5581 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5582                 INT_MAX, 2);
5583 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5584 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5585                 INT_MAX, 0);
5586 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5587 #undef STORE_FUNCTION
5588
5589 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5590 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5591 {                                                                       \
5592         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5593         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5594         int ret;                                                        \
5595                                                                         \
5596         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5597         if (ret)                                                        \
5598                 return ret;                                             \
5599         if (__data < __min)                                             \
5600                 __data = __min;                                         \
5601         else if (__data > __max)                                        \
5602                 __data = __max;                                         \
5603         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5604         return count;                                                   \
5605 }
5606 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5607                     UINT_MAX);
5608 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5609
5610 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5611                                     const char *page, size_t count)
5612 {
5613         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5614         unsigned long __data;
5615         int ret;
5616
5617         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5618         if (ret)
5619                 return ret;
5620
5621         if (__data == 0)
5622                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5623         else {
5624                 if (__data > INT_MAX)
5625                         __data = INT_MAX;
5626                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5627         }
5628
5629         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5630
5631         return count;
5632 }
5633
5634 /*
5635  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5636  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5637  */
5638 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5639                                       const char *page, size_t count)
5640 {
5641         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5642         unsigned long __data;
5643         int ret;
5644
5645         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5646         if (ret)
5647                 return ret;
5648
5649         if (__data < 1)
5650                 __data = 1;
5651         else if (__data > INT_MAX)
5652                 __data = INT_MAX;
5653
5654         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5655         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5656                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5657
5658         return count;
5659 }
5660
5661 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5662                                      const char *page, size_t count)
5663 {
5664         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5665         unsigned long __data;
5666         int ret;
5667
5668         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5669         if (ret)
5670                 return ret;
5671
5672         if (__data > 1)
5673                 __data = 1;
5674         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5675             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5676                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5677
5678         bfqd->strict_guarantees = __data;
5679
5680         return count;
5681 }
5682
5683 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5684                                      const char *page, size_t count)
5685 {
5686         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5687         unsigned long __data;
5688         int ret;
5689
5690         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5691         if (ret)
5692                 return ret;
5693
5694         if (__data > 1)
5695                 __data = 1;
5696         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5697                 bfq_end_wr(bfqd);
5698         bfqd->low_latency = __data;
5699
5700         return count;
5701 }
5702
5703 #define BFQ_ATTR(name) \
5704         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5705
5706 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5707         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5708         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5709         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5710         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5711         BFQ_ATTR(slice_idle),
5712         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5713         BFQ_ATTR(max_budget),
5714         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5715         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5716         BFQ_ATTR(low_latency),
5717         __ATTR_NULL
5718 };
5719
5720 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5721         .ops.mq = {
5722                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5723                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5724                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5725                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5726                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5727                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5728                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5729                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5730                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5731                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5732                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5733                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5734                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5735                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5736                 .has_work               = bfq_has_work,
5737                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
5738                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5739                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5740                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5741         },
5742
5743         .uses_mq =              true,
5744         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5745         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5746         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5747         .elevator_name =        "bfq",
5748         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5749 };
5750 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5751
5752 static int __init bfq_init(void)
5753 {
5754         int ret;
5755
5756 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5757         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5758         if (ret)
5759                 return ret;
5760 #endif
5761
5762         ret = -ENOMEM;
5763         if (bfq_slab_setup())
5764                 goto err_pol_unreg;
5765
5766         /*
5767          * Times to load large popular applications for the typical
5768          * systems installed on the reference devices (see the
5769          * comments before the definition of the next
5770          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5771          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5772          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5773          * are computed over much shorter time intervals than the long
5774          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5775          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5776          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5777          * be run for a long time.
5778          */
5779         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5780         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5781
5782         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5783         if (ret)
5784                 goto slab_kill;
5785
5786         return 0;
5787
5788 slab_kill:
5789         bfq_slab_kill();
5790 err_pol_unreg:
5791 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5792         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5793 #endif
5794         return ret;
5795 }
5796
5797 static void __exit bfq_exit(void)
5798 {
5799         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5800 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5801         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5802 #endif
5803         bfq_slab_kill();
5804 }
5805
5806 module_init(bfq_init);
5807 module_exit(bfq_exit);
5808
5809 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5810 MODULE_LICENSE("GPL");
5811 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");