block: Fix a NULL pointer dereference in generic_make_request()
[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 = bfqq->bfqd;
1890                 struct request *prev, *next_rq;
1891
1892                 /* Reposition request in its sort_list */
1893                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1894                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1895
1896                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1897                 prev = bfqq->next_rq;
1898                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1899                                          bfqd->last_position);
1900                 bfqq->next_rq = next_rq;
1901                 /*
1902                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1903                  * fit the new request and the queue's position in its
1904                  * rq_pos_tree.
1905                  */
1906                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1907                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1908                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1909                 }
1910         }
1911 }
1912
1913 /*
1914  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1915  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1916  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1917  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1918  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1919  *
1920  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1921  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1922  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1923  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1924  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1925  * only by bfq_insert_request.
1926  */
1927 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1928                                 struct request *next)
1929 {
1930         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1931                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1932
1933         /*
1934          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1935          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1936          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1937          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1938          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1939          * which would most certainly be too expensive with respect to
1940          * the benefits.
1941          */
1942         if (bfqq == next_bfqq &&
1943             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1944             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1945                 list_del_init(&rq->queuelist);
1946                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1947                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1948         }
1949
1950         if (bfqq->next_rq == next)
1951                 bfqq->next_rq = rq;
1952
1953         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1954 }
1955
1956 /* Must be called with bfqq != NULL */
1957 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1958 {
1959         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1960                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1961         bfqq->wr_coeff = 1;
1962         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1963         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1964         /*
1965          * Trigger a weight change on the next invocation of
1966          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1967          */
1968         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1969 }
1970
1971 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1972                              struct bfq_group *bfqg)
1973 {
1974         int i, j;
1975
1976         for (i = 0; i < 2; i++)
1977                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1978                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1979                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1980         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1981                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1982 }
1983
1984 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1985 {
1986         struct bfq_queue *bfqq;
1987
1988         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1989
1990         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1991                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1992         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1993                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1994         bfq_end_wr_async(bfqd);
1995
1996         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1997 }
1998
1999 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2000 {
2001         if (request)
2002                 return blk_rq_pos(io_struct);
2003         else
2004                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2005 }
2006
2007 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2008                                   sector_t sector)
2009 {
2010         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2011                BFQQ_CLOSE_THR;
2012 }
2013
2014 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2015                                          struct bfq_queue *bfqq,
2016                                          sector_t sector)
2017 {
2018         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2019         struct rb_node *parent, *node;
2020         struct bfq_queue *__bfqq;
2021
2022         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2023                 return NULL;
2024
2025         /*
2026          * First, if we find a request starting at the end of the last
2027          * request, choose it.
2028          */
2029         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2030         if (__bfqq)
2031                 return __bfqq;
2032
2033         /*
2034          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2035          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2036          * next_request position).
2037          */
2038         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2039         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2040                 return __bfqq;
2041
2042         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2043                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2044         else
2045                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2046         if (!node)
2047                 return NULL;
2048
2049         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2050         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2051                 return __bfqq;
2052
2053         return NULL;
2054 }
2055
2056 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2057                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2058                                                    sector_t sector)
2059 {
2060         struct bfq_queue *bfqq;
2061
2062         /*
2063          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2064          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2065          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2066          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2067          * the best possible order for throughput.
2068          */
2069         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2070         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2071                 return NULL;
2072
2073         return bfqq;
2074 }
2075
2076 static struct bfq_queue *
2077 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2078 {
2079         int process_refs, new_process_refs;
2080         struct bfq_queue *__bfqq;
2081
2082         /*
2083          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2084          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2085          * may have dropped their last reference (not just their last process
2086          * reference).
2087          */
2088         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2089                 return NULL;
2090
2091         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2092         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2093                 if (__bfqq == bfqq)
2094                         return NULL;
2095                 new_bfqq = __bfqq;
2096         }
2097
2098         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2099         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2100         /*
2101          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2102          * sense in merging the queues.
2103          */
2104         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2105                 return NULL;
2106
2107         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2108                 new_bfqq->pid);
2109
2110         /*
2111          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2112          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2113          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2114          * first time that the requests of some process are redirected to
2115          * it.
2116          *
2117          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2118          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2119          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2120          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2121          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2122          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2123          *
2124          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2125          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2126          * best option, as we feed the in-service queue with new
2127          * requests close to the last request served and, by doing so,
2128          * are likely to increase the throughput.
2129          */
2130         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2131         new_bfqq->ref += process_refs;
2132         return new_bfqq;
2133 }
2134
2135 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2136                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2137 {
2138         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2139                 return false;
2140
2141         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2142             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2143                 return false;
2144
2145         /*
2146          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2147          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2148          * sequential I/O.
2149          */
2150         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2151                 return false;
2152
2153         /*
2154          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2155          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2156          * queues.
2157          */
2158         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2159                 return false;
2160
2161         return true;
2162 }
2163
2164 /*
2165  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2166  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2167  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2168  * structure otherwise.
2169  *
2170  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2171  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2172  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2173  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2174  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2175  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2176  *
2177  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2178  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2179  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2180  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2181  * requests than the ones produced by its originally-associated
2182  * process.
2183  */
2184 static struct bfq_queue *
2185 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2186                      void *io_struct, bool request)
2187 {
2188         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2189
2190         /*
2191          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2192          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2193          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2194          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2195          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2196          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2197          * probability that two non-cooperating processes, which just
2198          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2199          * their queues merged by mistake.
2200          */
2201         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2202                 return NULL;
2203
2204         if (bfqq->new_bfqq)
2205                 return bfqq->new_bfqq;
2206
2207         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2208                 return NULL;
2209
2210         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2211         if (bfqd->busy_queues == 1)
2212                 return NULL;
2213
2214         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2215
2216         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2217             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2218             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2219                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2220             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2221             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2222                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2223                 if (new_bfqq)
2224                         return new_bfqq;
2225         }
2226         /*
2227          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2228          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2229          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2230          */
2231         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2232                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2233
2234         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2235             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2236                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2237
2238         return NULL;
2239 }
2240
2241 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2242 {
2243         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2244
2245         /*
2246          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2247          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2248          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2249          */
2250         if (!bic)
2251                 return;
2252
2253         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2254         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2255         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2256         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2257         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2258         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2259                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2260                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2261                 /*
2262                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2263                  * would have deserved interactive weight raising, but
2264                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2265                  * because of this early merge. Store directly the
2266                  * weight-raising state that would have been assigned
2267                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2268                  * to enjoy weight raising if split soon.
2269                  */
2270                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2271                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2272                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2273         } else {
2274                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2275                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2276                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2277                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2278                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2279         }
2280 }
2281
2282 static void
2283 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2284                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2285 {
2286         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2287                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2288         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2289         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2290         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2291         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2292                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2293         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2294
2295         /*
2296          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2297          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2298          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2299          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2300          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2301          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2302          * easy, thanks to the flag just_created.
2303          */
2304         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2305                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2306                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2307                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2308                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2309                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2310                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2311                         bfqd->wr_busy_queues++;
2312                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2313         }
2314
2315         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2316                 bfqq->wr_coeff = 1;
2317                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2318                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2319                         bfqd->wr_busy_queues--;
2320         }
2321
2322         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2323                      bfqd->wr_busy_queues);
2324
2325         /*
2326          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2327          */
2328         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2329         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2330         /*
2331          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2332          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2333          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2334          *   be set to NULL, or
2335          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2336          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2337          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2338          *   assignment causes no harm).
2339          */
2340         new_bfqq->bic = NULL;
2341         bfqq->bic = NULL;
2342         /* release process reference to bfqq */
2343         bfq_put_queue(bfqq);
2344 }
2345
2346 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2347                                 struct bio *bio)
2348 {
2349         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2350         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2351         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2352
2353         /*
2354          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2355          */
2356         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2357                 return false;
2358
2359         /*
2360          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2361          * merge only if rq is queued there.
2362          */
2363         if (!bfqq)
2364                 return false;
2365
2366         /*
2367          * We take advantage of this function to perform an early merge
2368          * of the queues of possible cooperating processes.
2369          */
2370         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2371         if (new_bfqq) {
2372                 /*
2373                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2374                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2375                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2376                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2377                  * and bfqq can be put.
2378                  */
2379                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2380                                 new_bfqq);
2381                 /*
2382                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2383                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2384                  * merged.
2385                  */
2386                 bfqq = new_bfqq;
2387
2388                 /*
2389                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2390                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2391                  * this function may be invoked again (and then may
2392                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2393                  */
2394                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2395         }
2396
2397         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2402  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2403  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2404  * processes.
2405  */
2406 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2407                                    struct bfq_queue *bfqq)
2408 {
2409         unsigned int timeout_coeff;
2410
2411         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2412                 timeout_coeff = 1;
2413         else
2414                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2415
2416         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2417
2418         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2419                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2420 }
2421
2422 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2423                                        struct bfq_queue *bfqq)
2424 {
2425         if (bfqq) {
2426                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2427
2428                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2429
2430                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2431                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2432                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2433                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2434                         /*
2435                          * For soft real-time queues, move the start
2436                          * of the weight-raising period forward by the
2437                          * time the queue has not received any
2438                          * service. Otherwise, a relatively long
2439                          * service delay is likely to cause the
2440                          * weight-raising period of the queue to end,
2441                          * because of the short duration of the
2442                          * weight-raising period of a soft real-time
2443                          * queue.  It is worth noting that this move
2444                          * is not so dangerous for the other queues,
2445                          * because soft real-time queues are not
2446                          * greedy.
2447                          *
2448                          * To not add a further variable, we use the
2449                          * overloaded field budget_timeout to
2450                          * determine for how long the queue has not
2451                          * received service, i.e., how much time has
2452                          * elapsed since the queue expired. However,
2453                          * this is a little imprecise, because
2454                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2455                          * not only expires, but also remains with no
2456                          * request.
2457                          */
2458                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2459                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2460                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2461                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2462                         else
2463                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2464                 }
2465
2466                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2467                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2468                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2469                              bfqq->entity.budget);
2470         }
2471
2472         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2473 }
2474
2475 /*
2476  * Get and set a new queue for service.
2477  */
2478 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2479 {
2480         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2481
2482         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2483         return bfqq;
2484 }
2485
2486 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2487 {
2488         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2489         u32 sl;
2490
2491         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2492
2493         /*
2494          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2495          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2496          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2497          */
2498         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2499         /*
2500          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2501          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2502          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2503          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2504          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2505          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2506          * needed if the queue has a higher weight than some other
2507          * queue).
2508          */
2509         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2510             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2511                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2512         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2513                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2514
2515         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2516         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2517                       HRTIMER_MODE_REL);
2518         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2519 }
2520
2521 /*
2522  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2523  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2524  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2525  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2526  * this maximises throughput with sequential workloads.
2527  */
2528 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2529 {
2530         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2531                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2532 }
2533
2534 /*
2535  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2536  * function of the estimated peak rate. See comments on
2537  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2538  */
2539 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2540 {
2541         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2542                 bfqd->bfq_max_budget =
2543                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2544                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2545         }
2546 }
2547
2548 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2549                                        struct request *rq)
2550 {
2551         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2552                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2553                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2554                 bfqd->sequential_samples = 0;
2555                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2556                         blk_rq_sectors(rq);
2557         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2558                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2559
2560         bfq_log(bfqd,
2561                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2562                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2563                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2564 }
2565
2566 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2567 {
2568         u32 rate, weight, divisor;
2569
2570         /*
2571          * For the convergence property to hold (see comments on
2572          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2573          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2574          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2575          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2576          * for a new evaluation attempt.
2577          */
2578         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2579             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2580                 goto reset_computation;
2581
2582         /*
2583          * If a new request completion has occurred after last
2584          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2585          * have been served by the device, it is more precise to
2586          * extend the observation interval to the last completion.
2587          */
2588         bfqd->delta_from_first =
2589                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2590                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2591
2592         /*
2593          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2594          * precision issues.
2595          */
2596         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2597                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2598
2599         /*
2600          * Peak rate not updated if:
2601          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2602          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2603          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2604          */
2605         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2606              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2607                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2608                 goto reset_computation;
2609
2610         /*
2611          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2612          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2613          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2614          * measured rate.
2615          *
2616          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2617          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2618          * and to how long the observation time interval is.
2619          *
2620          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2621          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2622          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2623          * the measured rate contributes for half of the next value of
2624          * the estimated peak rate.
2625          *
2626          * So, the first step is to compute the weight as a function
2627          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2628          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2629          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2630          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2631          * incremented for the first sample.
2632          */
2633         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2634
2635         /*
2636          * Second step: further refine the weight as a function of the
2637          * duration of the observation interval.
2638          */
2639         weight = min_t(u32, 8,
2640                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2641                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2642
2643         /*
2644          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2645          * maximum weight.
2646          */
2647         divisor = 10 - weight;
2648
2649         /*
2650          * Finally, update peak rate:
2651          *
2652          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2653          */
2654         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2655         bfqd->peak_rate /= divisor;
2656         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2657
2658         bfqd->peak_rate += rate;
2659
2660         /*
2661          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2662          * the minimum representable values reported in the comments
2663          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2664          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2665          * divisor.
2666          */
2667         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2668
2669         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2670
2671 reset_computation:
2672         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2673 }
2674
2675 /*
2676  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2677  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2678  *
2679  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2680  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2681  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2682  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2683  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2684  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2685  * by the device.
2686  *
2687  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2688  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2689  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2690  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2691  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2692  * unknown, namely in-device request service rate.
2693  *
2694  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2695  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2696  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2697  * same requests are then served. But, since the size of any
2698  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2699  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2700  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2701  * closer and closer to the number of requests completed as the
2702  * observation interval grows. This is the key property used in
2703  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2704  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2705  * on every request dispatch.
2706  */
2707 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2708 {
2709         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2710
2711         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2712                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2713                         bfqd->peak_rate_samples);
2714                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2715                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2716         }
2717
2718         /*
2719          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2720          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2721          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2722          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2723          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2724          * taken:
2725          * - close the observation interval at the last (previous)
2726          *   request dispatch or completion
2727          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2728          * - start a new observation interval with this dispatch
2729          */
2730         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2731             bfqd->rq_in_driver == 0)
2732                 goto update_rate_and_reset;
2733
2734         /* Update sampling information */
2735         bfqd->peak_rate_samples++;
2736
2737         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2738                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2739              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2740                 bfqd->sequential_samples++;
2741
2742         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2743
2744         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2745         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2746                 bfqd->last_rq_max_size =
2747                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2748         else
2749                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2750
2751         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2752
2753         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2754         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2755                 goto update_last_values;
2756
2757 update_rate_and_reset:
2758         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2759 update_last_values:
2760         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2761         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
2762                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
2763         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2764 }
2765
2766 /*
2767  * Remove request from internal lists.
2768  */
2769 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2770 {
2771         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2772
2773         /*
2774          * For consistency, the next instruction should have been
2775          * executed after removing the request from the queue and
2776          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2777          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2778          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2779          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2780          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2781          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2782          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2783          * happens to be taken into account.
2784          */
2785         bfqq->dispatched++;
2786         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2787
2788         bfq_remove_request(q, rq);
2789 }
2790
2791 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2792 {
2793         /*
2794          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2795          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2796          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2797          * break the queues apart again.
2798          */
2799         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2800                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2801
2802         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2803                 if (bfqq->dispatched == 0)
2804                         /*
2805                          * Overloading budget_timeout field to store
2806                          * the time at which the queue remains with no
2807                          * backlog and no outstanding request; used by
2808                          * the weight-raising mechanism.
2809                          */
2810                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2811
2812                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2813         } else {
2814                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2815                 /*
2816                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2817                  */
2818                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2819         }
2820
2821         /*
2822          * All in-service entities must have been properly deactivated
2823          * or requeued before executing the next function, which
2824          * resets all in-service entites as no more in service.
2825          */
2826         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2827 }
2828
2829 /**
2830  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2831  * @bfqd: device data.
2832  * @bfqq: queue to update.
2833  * @reason: reason for expiration.
2834  *
2835  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2836  * See the body for detailed comments.
2837  */
2838 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2839                                      struct bfq_queue *bfqq,
2840                                      enum bfqq_expiration reason)
2841 {
2842         struct request *next_rq;
2843         int budget, min_budget;
2844
2845         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2846
2847         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2848                 budget = bfqq->max_budget;
2849         else /*
2850               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2851               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2852               * than the minimum possible budget, to cause a little
2853               * bit fewer expirations.
2854               */
2855                 budget = 2 * min_budget;
2856
2857         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2858                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2859         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2860                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2861         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2862                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2863
2864         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2865                 switch (reason) {
2866                 /*
2867                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2868                  * for throughput.
2869                  */
2870                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2871                         /*
2872                          * This is the only case where we may reduce
2873                          * the budget: if there is no request of the
2874                          * process still waiting for completion, then
2875                          * we assume (tentatively) that the timer has
2876                          * expired because the batch of requests of
2877                          * the process could have been served with a
2878                          * smaller budget.  Hence, betting that
2879                          * process will behave in the same way when it
2880                          * becomes backlogged again, we reduce its
2881                          * next budget.  As long as we guess right,
2882                          * this budget cut reduces the latency
2883                          * experienced by the process.
2884                          *
2885                          * However, if there are still outstanding
2886                          * requests, then the process may have not yet
2887                          * issued its next request just because it is
2888                          * still waiting for the completion of some of
2889                          * the still outstanding ones.  So in this
2890                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2891                          * contrary we increase it to possibly boost
2892                          * the throughput, as discussed in the
2893                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2894                          */
2895                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2896                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2897                         else {
2898                                 if (budget > 5 * min_budget)
2899                                         budget -= 4 * min_budget;
2900                                 else
2901                                         budget = min_budget;
2902                         }
2903                         break;
2904                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2905                         /*
2906                          * We double the budget here because it gives
2907                          * the chance to boost the throughput if this
2908                          * is not a seeky process (and has bumped into
2909                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2910                          */
2911                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2912                         break;
2913                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2914                         /*
2915                          * The process still has backlog, and did not
2916                          * let either the budget timeout or the disk
2917                          * idling timeout expire. Hence it is not
2918                          * seeky, has a short thinktime and may be
2919                          * happy with a higher budget too. So
2920                          * definitely increase the budget of this good
2921                          * candidate to boost the disk throughput.
2922                          */
2923                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2924                         break;
2925                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2926                         /*
2927                          * For queues that expire for this reason, it
2928                          * is particularly important to keep the
2929                          * budget close to the actual service they
2930                          * need. Doing so reduces the timestamp
2931                          * misalignment problem described in the
2932                          * comments in the body of
2933                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2934                          * that a queue systematically expires for
2935                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2936                          * new request in time to enjoy timestamp
2937                          * back-shifting. The larger the budget of the
2938                          * queue is with respect to the service the
2939                          * queue actually requests in each service
2940                          * slot, the more times the queue can be
2941                          * reactivated with the same virtual finish
2942                          * time. It follows that, even if this finish
2943                          * time is pushed to the system virtual time
2944                          * to reduce the consequent timestamp
2945                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2946                          * many re-activations a lower finish time
2947                          * than all newly activated queues.
2948                          *
2949                          * The service needed by bfqq is measured
2950                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2951                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2952                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2953                          * of sectors that the process associated with
2954                          * bfqq requested to read/write before waiting
2955                          * for request completions, or blocking for
2956                          * other reasons.
2957                          */
2958                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2959                         break;
2960                 default:
2961                         return;
2962                 }
2963         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2964                 /*
2965                  * Async queues get always the maximum possible
2966                  * budget, as for them we do not care about latency
2967                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2968                  * by the charging factor).
2969                  */
2970                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2971         }
2972
2973         bfqq->max_budget = budget;
2974
2975         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2976             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2977                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2978
2979         /*
2980          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2981          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2982          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2983          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2984          * update.
2985          *
2986          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2987          * it will be updated on the arrival of a new request.
2988          */
2989         next_rq = bfqq->next_rq;
2990         if (next_rq)
2991                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2992                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2993
2994         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2995                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2996                         bfqq->entity.budget);
2997 }
2998
2999 /*
3000  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3001  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3002  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3003  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3004  * on the function bfq_bfqq_expire().
3005  *
3006  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3007  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3008  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3009  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3010  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3011  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3012  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3013  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3014  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3015  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3016  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3017  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3018  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3019  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3020  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3021  * finishes.
3022  *
3023  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3024  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3025  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3026  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3027  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3028  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3029  */
3030 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3031                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3032                                  unsigned long *delta_ms)
3033 {
3034         ktime_t delta_ktime;
3035         u32 delta_usecs;
3036         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3037
3038         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3039                 return false;
3040
3041         if (compensate)
3042                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3043         else
3044                 delta_ktime = ktime_get();
3045         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3046         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3047
3048         /* don't use too short time intervals */
3049         if (delta_usecs < 1000) {
3050                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3051                          /*
3052                           * give same worst-case guarantees as idling
3053                           * for seeky
3054                           */
3055                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3056                 else /* charge at least one seek */
3057                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3058
3059                 return slow;
3060         }
3061
3062         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3063
3064         /*
3065          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3066          * spikes in service rate estimation.
3067          */
3068         if (delta_usecs > 20000) {
3069                 /*
3070                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3071                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3072                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3073                  * rate is likely to be an average over the disk
3074                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3075                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3076                  * its rate has been lower than half of the estimated
3077                  * peak rate.
3078                  */
3079                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3080         }
3081
3082         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3083
3084         return slow;
3085 }
3086
3087 /*
3088  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3089  * requirements. First, the application must not require an average
3090  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3091  * record a compressed high-definition video.
3092  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3093  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3094  * that, if the next request of the application does not arrive before
3095  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3096  *
3097  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3098  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3099  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3100  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3101  * and so on.
3102  * For this reason the next function is invoked to compute
3103  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3104  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3105  * not.
3106  *
3107  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3108  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3109  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3110  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3111  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3112  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3113  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3114  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3115  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3116  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3117  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3118  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3119  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3120  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3121  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3122  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3123  *
3124  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3125  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3126  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3127  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3128  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3129  *     the return value of this function with the current time plus
3130  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3131  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3132  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3133  *     real-time application spends some time processing data, after a
3134  *     batch of its requests has been completed.
3135  *
3136  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3137  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3138  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3139  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3140  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3141  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3142  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3143  *     time intervals are usually interspersed between other time
3144  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3145  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3146  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3147  *     function happen to be so high, near the end of any such
3148  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3149  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3150  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3151  *     this function. As a consequence, if the last value of
3152  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3153  *     next value that this function may return, then, from the very
3154  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3155  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3156  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3157  *     to soon for the application to be deemed as soft
3158  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3159  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3160  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3161  *
3162  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3163  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3164  * application, if the reference quantity was just
3165  * bfqd->bfq_slice_idle:
3166  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3167  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3168  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3169  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3170  *    is rather lower than the exact value.
3171  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3172  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3173  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3174  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3175  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3176  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3177  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3178  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3179  */
3180 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3181                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3182 {
3183         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3184                     bfqq->last_idle_bklogged +
3185                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3186                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3187                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3188 }
3189
3190 /**
3191  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3192  * @bfqd: device owning the queue.
3193  * @bfqq: the queue to expire.
3194  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3195  * @reason: the reason causing the expiration.
3196  *
3197  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3198  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3199  * in service instead of the service it has received (see
3200  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3201  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3202  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3203  * received more service than what it has actually received. In the
3204  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3205  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3206  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3207  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3208  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3209  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3210  *
3211  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3212  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3213  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3214  * guarantees among the latter.
3215  */
3216 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3217                      struct bfq_queue *bfqq,
3218                      bool compensate,
3219                      enum bfqq_expiration reason)
3220 {
3221         bool slow;
3222         unsigned long delta = 0;
3223         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3224         int ref;
3225
3226         /*
3227          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3228          */
3229         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3230
3231         /*
3232          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3233          * timed-out queues with the time and not the service
3234          * received, to favor sequential workloads.
3235          *
3236          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3237          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3238          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3239          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3240          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3241          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3242          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3243          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3244          * or quasi-sequential processes.
3245          */
3246         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3247             (slow ||
3248              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3249               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3250                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3251
3252         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3253             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3254                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3255
3256         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3257                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3258
3259         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3260             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3261                 /*
3262                  * If we get here, and there are no outstanding
3263                  * requests, then the request pattern is isochronous
3264                  * (see the comments on the function
3265                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3266                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3267                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3268                  * the completion of all the outstanding requests to
3269                  * discover whether the request pattern is actually
3270                  * isochronous.
3271                  */
3272                 if (bfqq->dispatched == 0)
3273                         bfqq->soft_rt_next_start =
3274                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3275                 else {
3276                         /*
3277                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3278                          * the task may be discovered to be isochronous.
3279                          */
3280                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3281                 }
3282         }
3283
3284         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3285                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3286                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3287
3288         /*
3289          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3290          * reason.
3291          */
3292         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3293         ref = bfqq->ref;
3294         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3295
3296         if (ref == 1) /* bfqq is gone, no more actions on it */
3297                 return;
3298
3299         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3300         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3301             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3302             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3303                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3304                 /*
3305                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3306                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3307                  * service with this same budget (as if it never expired)
3308                  */
3309         } else
3310                 entity->service = 0;
3311
3312         /*
3313          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3314          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3315          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3316          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3317          * chance to go on being served using the last, partially
3318          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3319          * because if bfqq then actually goes on being served using
3320          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3321          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3322          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3323          * to keep entity->service for parent entities too, because
3324          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3325          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3326          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3327          * service with the same budget.
3328          */
3329         entity = entity->parent;
3330         for_each_entity(entity)
3331                 entity->service = 0;
3332 }
3333
3334 /*
3335  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3336  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3337  * idle timer expirations.
3338  */
3339 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3340 {
3341         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3342 }
3343
3344 /*
3345  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3346  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3347  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3348  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3349  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3350  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3351  */
3352 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3353 {
3354         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3355                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3356                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3357                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3358                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3359
3360         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3361                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3362                 &&
3363                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3364 }
3365
3366 /*
3367  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3368  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3369  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3370  * service guarantees, the return value of this function plays a
3371  * critical role in both these aspects as well.
3372  *
3373  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3374  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3375  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3376  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3377  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3378  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3379  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3380  * issue.
3381  *
3382  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3383  * first, computing a number of boolean variables that take into
3384  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3385  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3386  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3387  * individually while introducing the variables.
3388  */
3389 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3390 {
3391         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3392         bool rot_without_queueing =
3393                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3394                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3395                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3396                 idling_needed_for_service_guarantees,
3397                 asymmetric_scenario;
3398
3399         if (bfqd->strict_guarantees)
3400                 return true;
3401
3402         /*
3403          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3404          * do not idle if
3405          * (a) bfqq is async
3406          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3407          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3408          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3409          */
3410         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3411             bfq_class_idle(bfqq))
3412                 return false;
3413
3414         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3415                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3416
3417         /*
3418          * The next variable takes into account the cases where idling
3419          * boosts the throughput.
3420          *
3421          * The value of the variable is computed considering, first, that
3422          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3423          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3424          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3425          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3426          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3427          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3428          *     I/O-bound and sequential.
3429          *
3430          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3431          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3432          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3433          * the throughput in proportion to how fast the device
3434          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3435          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3436          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3437          * flash-based device.
3438          */
3439         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3440                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3441                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3442
3443         /*
3444          * The value of the next variable,
3445          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3446          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3447          * special case, described below, idling may cause problems to
3448          * weight-raised queues.
3449          *
3450          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3451          * of write hogs), if the processes associated with
3452          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3453          * then processes associated with weight-raised queues have a
3454          * higher probability to get a request from the pool
3455          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3456          * they have a higher probability to actually get a fraction
3457          * of the device throughput proportional to their high
3458          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3459          * which enqueue several requests in advance, and further
3460          * reorder internally-queued requests.
3461          *
3462          * For this reason, we force to false the value of
3463          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3464          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3465          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3466          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3467          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3468          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3469          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3470          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3471          * to ask for a lower number of requests from the request
3472          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3473          * again. This often mitigates starvation problems in the
3474          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3475          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3476          * in these hostile scenarios.
3477          */
3478         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3479                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3480
3481         /*
3482          * There is then a case where idling must be performed not
3483          * for throughput concerns, but to preserve service
3484          * guarantees.
3485          *
3486          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3487          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3488          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3489          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3490          * actual request service order. In particular, the critical
3491          * situation is when requests from different processes happen
3492          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3493          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3494          * the service order of the internally-queued requests, does
3495          * determine also the actual throughput distribution among
3496          * these processes. But the drive typically has no notion or
3497          * concern about per-process throughput distribution, and
3498          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3499          * the service distribution enforced by the drive's internal
3500          * scheduler is likely to coincide with the desired
3501          * device-throughput distribution only in a completely
3502          * symmetric scenario where:
3503          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3504          *      the others;
3505          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3506                 (either sequential or random).
3507          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3508          * the requests of each of these processes in about the same
3509          * way as the requests of the others, and thus to provide
3510          * each of these processes with about the same throughput
3511          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3512          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3513          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3514          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3515          * details).
3516          *
3517          * We address this issue by controlling, actually, only the
3518          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3519          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3520          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3521          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3522          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3523          * many requests, possibly of several processes. The reason
3524          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3525          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3526          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3527          * explained in the next two paragraphs.
3528          *
3529          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3530          * can still preempt the new in-service queue if the next
3531          * request of Q arrives soon (see the comments on
3532          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3533          * groups have the same weight, this form of preemption,
3534          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3535          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3536          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3537          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3538          * idling allows the internal queues of the device to contain
3539          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3540          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3541          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3542          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3543          * service guarantees are preserved without minimally
3544          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3545          * throughput and its desired distribution are obtained.
3546          *
3547          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3548          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3549          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3550          * that there are two queues with the same weight, but that
3551          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3552          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3553          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3554          * most one request at a time, which implies that each queue
3555          * always remains idle after it is served. Finally, after
3556          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3557          * request. It follows that the two queues are served
3558          * alternatively, preempting each other if needed. This
3559          * implies that, although both queues have the same weight,
3560          * the queue with large requests receives a service that is
3561          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3562          * queue.
3563          *
3564          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3565          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3566          * following queues, which are likely to need stronger
3567          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3568          * with a higher weight than other queues. When such queues
3569          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3570          * device idling.
3571          *
3572          * According to the above considerations, the next variable is
3573          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3574          * value of this variable, we not only use the return value of
3575          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3576          * whether bfqq is being weight-raised, because
3577          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3578          * weight-raised queues (see comments on
3579          * bfq_weights_tree_add()).
3580          *
3581          * As a side note, it is worth considering that the above
3582          * device-idling countermeasures may however fail in the
3583          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3584          * disabled in a time period during which all symmetry
3585          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3586          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3587          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3588          * to let requests be served in the desired order until all
3589          * the requests already queued in the device have been served.
3590          */
3591         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3592                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3593
3594         /*
3595          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3596          * best choice even if it may cause unfairness toward
3597          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3598          * queue activations. Queues that became active during a large
3599          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3600          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3601          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3602          * then the device must no be idled, because not idling the
3603          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3604          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3605          * now establish when idling is actually needed to preserve
3606          * service guarantees.
3607          */
3608         idling_needed_for_service_guarantees =
3609                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3610
3611         /*
3612          * We have now all the components we need to compute the
3613          * return value of the function, which is true only if idling
3614          * either boosts the throughput (without issues), or is
3615          * necessary to preserve service guarantees.
3616          */
3617         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3618                 idling_needed_for_service_guarantees;
3619 }
3620
3621 /*
3622  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3623  * returns true, then:
3624  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3625  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3626  *    request for the queue.
3627  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3628  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3629  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3630  * returns true.
3631  */
3632 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3633 {
3634         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3635 }
3636
3637 /*
3638  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3639  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3640  */
3641 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3642 {
3643         struct bfq_queue *bfqq;
3644         struct request *next_rq;
3645         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3646
3647         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3648         if (!bfqq)
3649                 goto new_queue;
3650
3651         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3652
3653         /*
3654          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3655          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3656          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3657          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3658          * bfq_completed_request().
3659          */
3660         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3661             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3662                 goto expire;
3663
3664 check_queue:
3665         /*
3666          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3667          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3668          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3669          * request served.
3670          */
3671         next_rq = bfqq->next_rq;
3672         /*
3673          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3674          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3675          */
3676         if (next_rq) {
3677                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3678                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3679                         /*
3680                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3681                          * which makes sure that the next budget is
3682                          * enough to serve the next request, even if
3683                          * it comes from the fifo expired path.
3684                          */
3685                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3686                         goto expire;
3687                 } else {
3688                         /*
3689                          * The idle timer may be pending because we may
3690                          * not disable disk idling even when a new request
3691                          * arrives.
3692                          */
3693                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3694                                 /*
3695                                  * If we get here: 1) at least a new request
3696                                  * has arrived but we have not disabled the
3697                                  * timer because the request was too small,
3698                                  * 2) then the block layer has unplugged
3699                                  * the device, causing the dispatch to be
3700                                  * invoked.
3701                                  *
3702                                  * Since the device is unplugged, now the
3703                                  * requests are probably large enough to
3704                                  * provide a reasonable throughput.
3705                                  * So we disable idling.
3706                                  */
3707                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3708                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3709                         }
3710                         goto keep_queue;
3711                 }
3712         }
3713
3714         /*
3715          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3716          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3717          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3718          */
3719         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3720             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3721                 bfqq = NULL;
3722                 goto keep_queue;
3723         }
3724
3725         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3726 expire:
3727         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3728 new_queue:
3729         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3730         if (bfqq) {
3731                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3732                 goto check_queue;
3733         }
3734 keep_queue:
3735         if (bfqq)
3736                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3737         else
3738                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3739
3740         return bfqq;
3741 }
3742
3743 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3744 {
3745         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3746
3747         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3748                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3749                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3750                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3751                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3752                         bfqq->wr_coeff,
3753                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3754
3755                 if (entity->prio_changed)
3756                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3757
3758                 /*
3759                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3760                  * time has elapsed from the beginning of this
3761                  * weight-raising period, then end weight raising.
3762                  */
3763                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3764                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3765                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3766                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3767                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3768                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3769                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3770                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3771                         else {
3772                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3773                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3774                         }
3775                 }
3776                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3777                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3778                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3779                         /* see comments on max_service_from_wr */
3780                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3781                 }
3782         }
3783         /*
3784          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3785          * update weight both if it must be raised and if it must be
3786          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3787          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3788          * next function with the last parameter unset (see the
3789          * comments on the function).
3790          */
3791         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3792                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3793                                                 entity, false);
3794 }
3795
3796 /*
3797  * Dispatch next request from bfqq.
3798  */
3799 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3800                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3801 {
3802         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3803         unsigned long service_to_charge;
3804
3805         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3806
3807         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3808
3809         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3810
3811         /*
3812          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3813          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3814          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3815          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3816          * weight-raised during this service slot, even if it has
3817          * received part or even most of the service as a
3818          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3819          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3820          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3821          */
3822         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3823
3824         /*
3825          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3826          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3827          * service.
3828          */
3829         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3830                 goto expire;
3831
3832         return rq;
3833
3834 expire:
3835         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3836         return rq;
3837 }
3838
3839 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3840 {
3841         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3842
3843         /*
3844          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3845          * most a call to dispatch for nothing
3846          */
3847         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3848                 bfqd->busy_queues > 0;
3849 }
3850
3851 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3852 {
3853         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3854         struct request *rq = NULL;
3855         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3856
3857         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3858                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3859                                       queuelist);
3860                 list_del_init(&rq->queuelist);
3861
3862                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3863
3864                 if (bfqq) {
3865                         /*
3866                          * Increment counters here, because this
3867                          * dispatch does not follow the standard
3868                          * dispatch flow (where counters are
3869                          * incremented)
3870                          */
3871                         bfqq->dispatched++;
3872
3873                         goto inc_in_driver_start_rq;
3874                 }
3875
3876                 /*
3877                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
3878                  * decrement rq_in_driver, but
3879                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
3880                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
3881                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
3882                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
3883                  * lower than it should be while this request is in
3884                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
3885                  * invoked uselessly.
3886                  *
3887                  * As for implementing an exact solution, the
3888                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
3889                  * probably invoked also on this request. So, by
3890                  * exploiting this hook, we could 1) increment
3891                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
3892                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
3893                  * let the value of the counter be always accurate,
3894                  * but it would entail using an extra interface
3895                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3896                  * being the frequency of non-elevator-private
3897                  * requests very low.
3898                  */
3899                 goto start_rq;
3900         }
3901
3902         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3903
3904         if (bfqd->busy_queues == 0)
3905                 goto exit;
3906
3907         /*
3908          * Force device to serve one request at a time if
3909          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3910          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3911          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3912          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3913          * some unlucky request wait for as long as the device
3914          * wishes.
3915          *
3916          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3917          * throughput.
3918          */
3919         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3920                 goto exit;
3921
3922         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3923         if (!bfqq)
3924                 goto exit;
3925
3926         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3927
3928         if (rq) {
3929 inc_in_driver_start_rq:
3930                 bfqd->rq_in_driver++;
3931 start_rq:
3932                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3933         }
3934 exit:
3935         return rq;
3936 }
3937
3938 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
3939 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3940                                       struct request *rq,
3941                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
3942                                       bool idle_timer_disabled)
3943 {
3944         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
3945
3946         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
3947                 return;
3948
3949         /*
3950          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
3951          * ends, for the following reasons. First, rq can be
3952          * dispatched to the device, and then can be completed and
3953          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
3954          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
3955          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
3956          * before this function ends, and, since rq has a reference to
3957          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
3958          *
3959          * In addition, the following queue lock guarantees that
3960          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
3961          */
3962         spin_lock_irq(q->queue_lock);
3963         if (idle_timer_disabled)
3964                 /*
3965                  * Since the idle timer has been disabled,
3966                  * in_serv_queue contained some request when
3967                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
3968                  * implies that rq was picked exactly from
3969                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
3970                  * therefore guaranteed to exist because of the above
3971                  * arguments.
3972                  */
3973                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
3974         if (bfqq) {
3975                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3976
3977                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
3978                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
3979                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
3980         }
3981         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
3982 }
3983 #else
3984 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3985                                              struct request *rq,
3986                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
3987                                              bool idle_timer_disabled) {}
3988 #endif
3989
3990 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3991 {
3992         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3993         struct request *rq;
3994         struct bfq_queue *in_serv_queue;
3995         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
3996
3997         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3998
3999         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4000         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4001
4002         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4003
4004         idle_timer_disabled =
4005                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4006
4007         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4008
4009         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4010                                   idle_timer_disabled);
4011
4012         return rq;
4013 }
4014
4015 /*
4016  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4017  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4018  *
4019  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4020  * this function on it.
4021  */
4022 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4023 {
4024 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4025         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4026 #endif
4027
4028         if (bfqq->bfqd)
4029                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4030                              bfqq, bfqq->ref);
4031
4032         bfqq->ref--;
4033         if (bfqq->ref)
4034                 return;
4035
4036         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4037                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4038                 /*
4039                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4040                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4041                  * does not contribute to the burst any longer. This
4042                  * decrement helps filter out false positives of large
4043                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4044                  * the execution of commands by some service) happens
4045                  * to start and exit while a complex application is
4046                  * starting, and thus spawning several processes that
4047                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4048                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4049                  *
4050                  * In particular, the decrement is performed only if:
4051                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4052                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4053                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4054                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4055                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4056                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4057                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4058                  * the current burst list--without incrementing
4059                  * bust_size--because of a split, but the current
4060                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4061                  * (see comments on the case of a split in
4062                  * bfq_set_request).
4063                  */
4064                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4065                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4066         }
4067
4068         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4069 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4070         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4071 #endif
4072 }
4073
4074 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4075 {
4076         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4077
4078         /*
4079          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4080          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4081          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4082          */
4083         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4084         while (__bfqq) {
4085                 if (__bfqq == bfqq)
4086                         break;
4087                 next = __bfqq->new_bfqq;
4088                 bfq_put_queue(__bfqq);
4089                 __bfqq = next;
4090         }
4091 }
4092
4093 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4094 {
4095         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4096                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4097                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4098         }
4099
4100         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4101
4102         bfq_put_cooperator(bfqq);
4103
4104         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4105 }
4106
4107 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4108 {
4109         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4110         struct bfq_data *bfqd;
4111
4112         if (bfqq)
4113                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4114
4115         if (bfqq && bfqd) {
4116                 unsigned long flags;
4117
4118                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4119                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4120                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4121                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4122         }
4123 }
4124
4125 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4126 {
4127         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4128
4129         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4130         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4131 }
4132
4133 /*
4134  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4135  * be used until the next (re)activation.
4136  */
4137 static void
4138 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4139 {
4140         struct task_struct *tsk = current;
4141         int ioprio_class;
4142         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4143
4144         if (!bfqd)
4145                 return;
4146
4147         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4148         switch (ioprio_class) {
4149         default:
4150                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4151                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4152                 /* fall through */
4153         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4154                 /*
4155                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4156                  */
4157                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4158                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4159                 break;
4160         case IOPRIO_CLASS_RT:
4161                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4162                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4163                 break;
4164         case IOPRIO_CLASS_BE:
4165                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4166                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4167                 break;
4168         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4169                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4170                 bfqq->new_ioprio = 7;
4171                 break;
4172         }
4173
4174         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4175                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4176                         bfqq->new_ioprio);
4177                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4178         }
4179
4180         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4181         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4182 }
4183
4184 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4185                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4186                                        struct bfq_io_cq *bic);
4187
4188 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4189 {
4190         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4191         struct bfq_queue *bfqq;
4192         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4193
4194         /*
4195          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4196          * drop the lock before returning.
4197          */
4198         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4199                 return;
4200
4201         bic->ioprio = ioprio;
4202
4203         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4204         if (bfqq) {
4205                 /* release process reference on this queue */
4206                 bfq_put_queue(bfqq);
4207                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4208                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4209         }
4210
4211         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4212         if (bfqq)
4213                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4214 }
4215
4216 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4217                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4218 {
4219         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4220         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4221         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4222
4223         bfqq->ref = 0;
4224         bfqq->bfqd = bfqd;
4225
4226         if (bic)
4227                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4228
4229         if (is_sync) {
4230                 /*
4231                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4232                  * idle_class, because no device idling is performed
4233                  * for queues in idle class
4234                  */
4235                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4236                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4237                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4238                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4239                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4240         } else
4241                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4242
4243         /* set end request to minus infinity from now */
4244         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4245
4246         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4247
4248         bfqq->pid = pid;
4249
4250         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4251         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4252         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4253
4254         bfqq->wr_coeff = 1;
4255         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4256         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4257         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4258
4259         /*
4260          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4261          * process/queue in the recent past,
4262          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4263          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4264          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4265          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4266          * no bandwidth so far.
4267          */
4268         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4269
4270         /* first request is almost certainly seeky */
4271         bfqq->seek_history = 1;
4272 }
4273
4274 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4275                                                struct bfq_group *bfqg,
4276                                                int ioprio_class, int ioprio)
4277 {
4278         switch (ioprio_class) {
4279         case IOPRIO_CLASS_RT:
4280                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4281         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4282                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4283                 /* fall through */
4284         case IOPRIO_CLASS_BE:
4285                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4286         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4287                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4288         default:
4289                 return NULL;
4290         }
4291 }
4292
4293 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4294                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4295                                        struct bfq_io_cq *bic)
4296 {
4297         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4298         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4299         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4300         struct bfq_queue *bfqq;
4301         struct bfq_group *bfqg;
4302
4303         rcu_read_lock();
4304
4305         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4306         if (!bfqg) {
4307                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4308                 goto out;
4309         }
4310
4311         if (!is_sync) {
4312                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4313                                                   ioprio);
4314                 bfqq = *async_bfqq;
4315                 if (bfqq)
4316                         goto out;
4317         }
4318
4319         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4320                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4321                                      bfqd->queue->node);
4322
4323         if (bfqq) {
4324                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4325                               is_sync);
4326                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4327                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4328         } else {
4329                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4330                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4331                 goto out;
4332         }
4333
4334         /*
4335          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4336          * prune it.
4337          */
4338         if (async_bfqq) {
4339                 bfqq->ref++; /*
4340                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4341                               * queue. This extra reference is removed
4342                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4343                               * guarantee that this queue is not freed
4344                               * until its group goes away.
4345                               */
4346                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4347                              bfqq, bfqq->ref);
4348                 *async_bfqq = bfqq;
4349         }
4350
4351 out:
4352         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4353         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4354         rcu_read_unlock();
4355         return bfqq;
4356 }
4357
4358 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4359                                     struct bfq_queue *bfqq)
4360 {
4361         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4362         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4363
4364         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4365
4366         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4367         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4368         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4369                                      ttime->ttime_samples);
4370 }
4371
4372 static void
4373 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4374                        struct request *rq)
4375 {
4376         bfqq->seek_history <<= 1;
4377         bfqq->seek_history |=
4378                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4379                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4380                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4381 }
4382
4383 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4384                                        struct bfq_queue *bfqq,
4385                                        struct bfq_io_cq *bic)
4386 {
4387         bool has_short_ttime = true;
4388
4389         /*
4390          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4391          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4392          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4393          */
4394         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4395             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4396                 return;
4397
4398         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4399         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4400                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4401                 return;
4402
4403         /* Think time is infinite if no process is linked to
4404          * bfqq. Otherwise check average think time to
4405          * decide whether to mark as has_short_ttime
4406          */
4407         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4408             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4409              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4410                 has_short_ttime = false;
4411
4412         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4413                      has_short_ttime);
4414
4415         if (has_short_ttime)
4416                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4417         else
4418                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4419 }
4420
4421 /*
4422  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4423  * something we should do about it.
4424  */
4425 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4426                             struct request *rq)
4427 {
4428         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4429
4430         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4431                 bfqq->meta_pending++;
4432
4433         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4434         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4435         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4436
4437         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4438                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4439                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4440
4441         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4442
4443         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4444                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4445                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4446                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4447
4448                 /*
4449                  * There is just this request queued: if the request
4450                  * is small and the queue is not to be expired, then
4451                  * just exit.
4452                  *
4453                  * In this way, if the device is being idled to wait
4454                  * for a new request from the in-service queue, we
4455                  * avoid unplugging the device and committing the
4456                  * device to serve just a small request. On the
4457                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4458                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4459                  * will be merged to this one quickly, then the device
4460                  * will be unplugged and larger requests will be
4461                  * dispatched.
4462                  */
4463                 if (small_req && !budget_timeout)
4464                         return;
4465
4466                 /*
4467                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4468                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4469                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4470                  * timer.
4471                  */
4472                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4473                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4474
4475                 /*
4476                  * The queue is not empty, because a new request just
4477                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4478                  * case of budget timeout, without risking that the
4479                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4480                  * See [1] for more details.
4481                  */
4482                 if (budget_timeout)
4483                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4484                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4485         }
4486 }
4487
4488 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4489 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4490 {
4491         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4492                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4493         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4494
4495         if (new_bfqq) {
4496                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4497                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4498                 /*
4499                  * Release the request's reference to the old bfqq
4500                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4501                  */
4502                 new_bfqq->allocated++;
4503                 bfqq->allocated--;
4504                 new_bfqq->ref++;
4505                 /*
4506                  * If the bic associated with the process
4507                  * issuing this request still points to bfqq
4508                  * (and thus has not been already redirected
4509                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4510                  * then complete the merge and redirect it to
4511                  * new_bfqq.
4512                  */
4513                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4514                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4515                                         bfqq, new_bfqq);
4516
4517                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4518                 /*
4519                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4520                  * release rq reference on bfqq
4521                  */
4522                 bfq_put_queue(bfqq);
4523                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4524                 bfqq = new_bfqq;
4525         }
4526
4527         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4528         bfq_add_request(rq);
4529         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4530
4531         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4532         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4533
4534         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4535
4536         return idle_timer_disabled;
4537 }
4538
4539 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4540 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4541                                     struct bfq_queue *bfqq,
4542                                     bool idle_timer_disabled,
4543                                     unsigned int cmd_flags)
4544 {
4545         if (!bfqq)
4546                 return;
4547
4548         /*
4549          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4550          * either it is merged with another queue, or the process it
4551          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4552          * the same process currently executing this flow of
4553          * instructions.
4554          *
4555          * In addition, the following queue lock guarantees that
4556          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4557          */
4558         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4559         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4560         if (idle_timer_disabled)
4561                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4562         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4563 }
4564 #else
4565 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4566                                            struct bfq_queue *bfqq,
4567                                            bool idle_timer_disabled,
4568                                            unsigned int cmd_flags) {}
4569 #endif
4570
4571 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4572                                bool at_head)
4573 {
4574         struct request_queue *q = hctx->queue;
4575         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4576         struct bfq_queue *bfqq;
4577         bool idle_timer_disabled = false;
4578         unsigned int cmd_flags;
4579
4580         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4581         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4582                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4583                 return;
4584         }
4585
4586         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4587
4588         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4589
4590         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4591         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4592         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4593                 if (at_head)
4594                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4595                 else
4596                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4597         } else { /* bfqq is assumed to be non null here */
4598                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4599                 /*
4600                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4601                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4602                  * redirected into a new queue.
4603                  */
4604                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4605
4606                 if (rq_mergeable(rq)) {
4607                         elv_rqhash_add(q, rq);
4608                         if (!q->last_merge)
4609                                 q->last_merge = rq;
4610                 }
4611         }
4612
4613         /*
4614          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4615          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4616          * merge).
4617          */
4618         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4619
4620         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4621
4622         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4623                                 cmd_flags);
4624 }
4625
4626 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4627                                 struct list_head *list, bool at_head)
4628 {
4629         while (!list_empty(list)) {
4630                 struct request *rq;
4631
4632                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4633                 list_del_init(&rq->queuelist);
4634                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4635         }
4636 }
4637
4638 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4639 {
4640         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4641                                        bfqd->rq_in_driver);
4642
4643         if (bfqd->hw_tag == 1)
4644                 return;
4645
4646         /*
4647          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4648          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4649          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4650          * requests.
4651          */
4652         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4653                 return;
4654
4655         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4656                 return;
4657
4658         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4659         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4660         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4661 }
4662
4663 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4664 {
4665         u64 now_ns;
4666         u32 delta_us;
4667
4668         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4669
4670         bfqd->rq_in_driver--;
4671         bfqq->dispatched--;
4672
4673         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4674                 /*
4675                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4676                  * time at which the queue remains with no backlog and
4677                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4678                  * mechanism).
4679                  */
4680                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4681
4682                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4683         }
4684
4685         now_ns = ktime_get_ns();
4686
4687         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4688
4689         /*
4690          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4691          * computing rate in next check.
4692          */
4693         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4694
4695         /*
4696          * If the request took rather long to complete, and, according
4697          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4698          * implies that the request was certainly served at a very low
4699          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4700          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4701          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4702          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4703          * taken:
4704          * - close the observation interval at the last (previous)
4705          *   request dispatch or completion
4706          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4707          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4708          *   re-initialization of the observation interval on next
4709          *   dispatch
4710          */
4711         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4712            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4713                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4714                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4715         bfqd->last_completion = now_ns;
4716
4717         /*
4718          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4719          * of the task associated with the queue is actually
4720          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4721          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4722          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4723          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4724          * has in-flight requests.
4725          */
4726         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4727             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4728                 bfqq->soft_rt_next_start =
4729                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4730
4731         /*
4732          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4733          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4734          */
4735         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4736                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4737                         if (bfqq->dispatched == 0)
4738                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4739                         /*
4740                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4741                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4742                          * more requests (as controlled in the next
4743                          * conditional instructions). The reason for
4744                          * not expiring bfqq is as follows.
4745                          *
4746                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4747                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4748                          * implies that, even if no request arrives
4749                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4750                          * bfqq will, however, not be expired on the
4751                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4752                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4753                          * bfqq will start enjoying device idling
4754                          * (I/O-dispatch plugging).
4755                          *
4756                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4757                          * not have the chance to enjoy device idling
4758                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4759                          * zero. This would expose bfqq to violation
4760                          * of its reserved service guarantees.
4761                          */
4762                         return;
4763                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4764                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4765                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4766                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4767                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4768                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4769                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4770                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4771         }
4772
4773         if (!bfqd->rq_in_driver)
4774                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4775 }
4776
4777 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4778 {
4779         bfqq->allocated--;
4780
4781         bfq_put_queue(bfqq);
4782 }
4783
4784 /*
4785  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4786  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4787  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4788  * the scheduler.
4789  */
4790 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4791 {
4792         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4793         struct bfq_data *bfqd;
4794
4795         /*
4796          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4797          * checking whether the involved request is actually still
4798          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4799          * following two checks make this function exit in case of
4800          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4801          *
4802          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4803          */
4804         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4805                 return;
4806
4807         /*
4808          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4809          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4810          * a bfq_queue.
4811          */
4812         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4813                 return;
4814
4815         bfqd = bfqq->bfqd;
4816
4817         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4818                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4819                                              rq->start_time_ns,
4820                                              rq->io_start_time_ns,
4821                                              rq->cmd_flags);
4822
4823         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4824                 unsigned long flags;
4825
4826                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4827
4828                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4829                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4830
4831                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4832         } else {
4833                 /*
4834                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4835                  * in which case we need to remove it (this should
4836                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4837                  * defer such a check and removal, to avoid
4838                  * inconsistencies in the time interval from the end
4839                  * of this function to the start of the deferred work.
4840                  * This situation seems to occur only in process
4841                  * context, as a consequence of a merge. In the
4842                  * current version of the code, this implies that the
4843                  * lock is held.
4844                  */
4845
4846                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4847                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4848                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4849                                                     rq->cmd_flags);
4850                 }
4851                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4852         }
4853
4854         /*
4855          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
4856          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
4857          * invoked again on this same request (see the check at the
4858          * beginning of the function). Probably, a better general
4859          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
4860          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
4861          * referred by that elevator.
4862          *
4863          * Resetting the following fields would break the
4864          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
4865          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
4866          * that re-insertions of requeued requests, without
4867          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
4868          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
4869          * queues).
4870          */
4871         rq->elv.priv[0] = NULL;
4872         rq->elv.priv[1] = NULL;
4873 }
4874
4875 /*
4876  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4877  * was the last process referring to that bfqq.
4878  */
4879 static struct bfq_queue *
4880 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4881 {
4882         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4883
4884         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4885                 bfqq->pid = current->pid;
4886                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4887                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4888                 return bfqq;
4889         }
4890
4891         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4892
4893         bfq_put_cooperator(bfqq);
4894
4895         bfq_put_queue(bfqq);
4896         return NULL;
4897 }
4898
4899 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4900                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4901                                                    struct bio *bio,
4902                                                    bool split, bool is_sync,
4903                                                    bool *new_queue)
4904 {
4905         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4906
4907         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4908                 return bfqq;
4909
4910         if (new_queue)
4911                 *new_queue = true;
4912
4913         if (bfqq)
4914                 bfq_put_queue(bfqq);
4915         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4916
4917         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4918         if (split && is_sync) {
4919                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4920                     bic->saved_in_large_burst)
4921                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4922                 else {
4923                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4924                         if (bic->was_in_burst_list)
4925                                 /*
4926                                  * If bfqq was in the current
4927                                  * burst list before being
4928                                  * merged, then we have to add
4929                                  * it back. And we do not need
4930                                  * to increase burst_size, as
4931                                  * we did not decrement
4932                                  * burst_size when we removed
4933                                  * bfqq from the burst list as
4934                                  * a consequence of a merge
4935                                  * (see comments in
4936                                  * bfq_put_queue). In this
4937                                  * respect, it would be rather
4938                                  * costly to know whether the
4939                                  * current burst list is still
4940                                  * the same burst list from
4941                                  * which bfqq was removed on
4942                                  * the merge. To avoid this
4943                                  * cost, if bfqq was in a
4944                                  * burst list, then we add
4945                                  * bfqq to the current burst
4946                                  * list without any further
4947                                  * check. This can cause
4948                                  * inappropriate insertions,
4949                                  * but rarely enough to not
4950                                  * harm the detection of large
4951                                  * bursts significantly.
4952                                  */
4953                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4954                                                &bfqd->burst_list);
4955                 }
4956                 bfqq->split_time = jiffies;
4957         }
4958
4959         return bfqq;
4960 }
4961
4962 /*
4963  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
4964  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
4965  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
4966  * preparation.
4967  */
4968 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4969 {
4970         /*
4971          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
4972          * clear the scheduler pointers, as they might point to
4973          * previously allocated bic/bfqq structs.
4974          */
4975         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
4976 }
4977
4978 /*
4979  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
4980  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
4981  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
4982  * not associated with any bfq_queue.
4983  *
4984  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
4985  * or merging. One may have expected the above preparation operations
4986  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
4987  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
4988  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
4989  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
4990  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
4991  * signal this tranformation. As a consequence, should these
4992  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
4993  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
4994  * would end up in an inconsistent state, because it would have
4995  * incremented some queue counters for an rq destined to
4996  * transformation, without any chance to correctly lower these
4997  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
4998  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
4999  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5000  */
5001 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5002 {
5003         struct request_queue *q = rq->q;
5004         struct bio *bio = rq->bio;
5005         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5006         struct bfq_io_cq *bic;
5007         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5008         struct bfq_queue *bfqq;
5009         bool new_queue = false;
5010         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5011
5012         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5013                 return NULL;
5014
5015         /*
5016          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5017          * for this rq. This holds true, because this function is
5018          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5019          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5020          * being removed from bfq.
5021          */
5022         if (rq->elv.priv[1])
5023                 return rq->elv.priv[1];
5024
5025         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5026
5027         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5028
5029         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5030
5031         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5032                                          &new_queue);
5033
5034         if (likely(!new_queue)) {
5035                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5036                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5037                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5038
5039                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5040                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5041                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5042
5043                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5044                         split = true;
5045
5046                         if (!bfqq)
5047                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5048                                                                  true, is_sync,
5049                                                                  NULL);
5050                         else
5051                                 bfqq_already_existing = true;
5052                 }
5053         }
5054
5055         bfqq->allocated++;
5056         bfqq->ref++;
5057         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5058                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5059
5060         rq->elv.priv[0] = bic;
5061         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5062
5063         /*
5064          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5065          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5066          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5067          * resume its state.
5068          */
5069         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5070                 bfqq->bic = bic;
5071                 if (split) {
5072                         /*
5073                          * The queue has just been split from a shared
5074                          * queue: restore the idle window and the
5075                          * possible weight raising period.
5076                          */
5077                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5078                                               bfqq_already_existing);
5079                 }
5080         }
5081
5082         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5083                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5084
5085         return bfqq;
5086 }
5087
5088 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
5089 {
5090         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5091         enum bfqq_expiration reason;
5092         unsigned long flags;
5093
5094         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5095         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5096
5097         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5098                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5099                 return;
5100         }
5101
5102         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5103                 /*
5104                  * Also here the queue can be safely expired
5105                  * for budget timeout without wasting
5106                  * guarantees
5107                  */
5108                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5109         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5110                 /*
5111                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5112                  * because we may not disable the timer when the
5113                  * first request of the in-service queue arrives
5114                  * during disk idling.
5115                  */
5116                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5117         else
5118                 goto schedule_dispatch;
5119
5120         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5121
5122 schedule_dispatch:
5123         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5124         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5125 }
5126
5127 /*
5128  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5129  * is idling inside its time slice.
5130  */
5131 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5132 {
5133         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5134                                              idle_slice_timer);
5135         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5136
5137         /*
5138          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5139          * different from the queue that was idling if a new request
5140          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5141          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5142          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5143          * early.
5144          */
5145         if (bfqq)
5146                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5147
5148         return HRTIMER_NORESTART;
5149 }
5150
5151 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5152                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5153 {
5154         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5155
5156         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5157         if (bfqq) {
5158                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5159
5160                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5161                              bfqq, bfqq->ref);
5162                 bfq_put_queue(bfqq);
5163                 *bfqq_ptr = NULL;
5164         }
5165 }
5166
5167 /*
5168  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5169  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5170  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5171  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5172  */
5173 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5174 {
5175         int i, j;
5176
5177         for (i = 0; i < 2; i++)
5178                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5179                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5180
5181         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5182 }
5183
5184 /*
5185  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5186  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5187  */
5188 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5189                                       struct sbitmap_queue *bt)
5190 {
5191         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5192
5193         /*
5194          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5195          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5196          *
5197          * In next formulas, right-shift the value
5198          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5199          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5200          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5201          * limit 'something'.
5202          */
5203         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5204         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5205         /*
5206          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5207          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5208          * writes)
5209          */
5210         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5211
5212         /*
5213          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5214          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5215          * highest percentage for which, in our tests, application
5216          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5217          * shortage.
5218          */
5219         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5220         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5221         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5222         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5223
5224         for (i = 0; i < 2; i++)
5225                 for (j = 0; j < 2; j++)
5226                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5227
5228         return min_shallow;
5229 }
5230
5231 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5232 {
5233         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5234         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5235         unsigned int min_shallow;
5236
5237         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5238         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5239 }
5240
5241 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5242 {
5243         bfq_depth_updated(hctx);
5244         return 0;
5245 }
5246
5247 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5248 {
5249         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5250         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5251
5252         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5253
5254         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5255         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5256                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5257         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5258
5259         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5260
5261 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5262         /* release oom-queue reference to root group */
5263         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5264
5265         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5266 #else
5267         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5268         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5269         kfree(bfqd->root_group);
5270         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5271 #endif
5272
5273         kfree(bfqd);
5274 }
5275
5276 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5277                                 struct bfq_data *bfqd)
5278 {
5279         int i;
5280
5281 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5282         root_group->entity.parent = NULL;
5283         root_group->my_entity = NULL;
5284         root_group->bfqd = bfqd;
5285 #endif
5286         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5287         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5288                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5289         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5290 }
5291
5292 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5293 {
5294         struct bfq_data *bfqd;
5295         struct elevator_queue *eq;
5296
5297         eq = elevator_alloc(q, e);
5298         if (!eq)
5299                 return -ENOMEM;
5300
5301         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5302         if (!bfqd) {
5303                 kobject_put(&eq->kobj);
5304                 return -ENOMEM;
5305         }
5306         eq->elevator_data = bfqd;
5307
5308         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5309         q->elevator = eq;
5310         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5311
5312         /*
5313          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5314          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5315          * will not attempt to free it.
5316          */
5317         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5318         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5319         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5320         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5321         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5322                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5323
5324         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5325         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5326
5327         /*
5328          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5329          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5330          * class won't be changed any more.
5331          */
5332         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5333
5334         bfqd->queue = q;
5335
5336         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5337
5338         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5339                      HRTIMER_MODE_REL);
5340         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5341
5342         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5343         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
5344
5345         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5346         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5347         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5348
5349         bfqd->hw_tag = -1;
5350
5351         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5352
5353         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5354         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5355         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5356         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5357         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5358         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5359
5360         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5361
5362         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5363         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5364
5365         bfqd->low_latency = true;
5366
5367         /*
5368          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5369          */
5370         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5371         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5372         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5373         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5374         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5375         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5376                                               * Approximate rate required
5377                                               * to playback or record a
5378                                               * high-definition compressed
5379                                               * video.
5380                                               */
5381         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5382
5383         /*
5384          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5385          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5386          */
5387         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5388                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5389         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5390
5391         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5392
5393         /*
5394          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5395          * function is the head of a chain of function calls
5396          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5397          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5398          * has_work hook function. For this reason,
5399          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5400          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5401          * that can be initialized only after invoking
5402          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5403          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5404          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5405          * from invoking further scheduler hooks before this init
5406          * function is finished.
5407          */
5408         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5409         if (!bfqd->root_group)
5410                 goto out_free;
5411         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5412         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5413
5414         wbt_disable_default(q);
5415         return 0;
5416
5417 out_free:
5418         kfree(bfqd);
5419         kobject_put(&eq->kobj);
5420         return -ENOMEM;
5421 }
5422
5423 static void bfq_slab_kill(void)
5424 {
5425         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5426 }
5427
5428 static int __init bfq_slab_setup(void)
5429 {
5430         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5431         if (!bfq_pool)
5432                 return -ENOMEM;
5433         return 0;
5434 }
5435
5436 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5437 {
5438         return sprintf(page, "%u\n", var);
5439 }
5440
5441 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5442 {
5443         unsigned long new_val;
5444         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5445
5446         if (ret)
5447                 return ret;
5448         *var = new_val;
5449         return 0;
5450 }
5451
5452 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5453 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5454 {                                                                       \
5455         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5456         u64 __data = __VAR;                                             \
5457         if (__CONV == 1)                                                \
5458                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5459         else if (__CONV == 2)                                           \
5460                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5461         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5462 }
5463 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5464 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5465 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5466 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5467 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5468 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5469 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5470 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5471 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5472 #undef SHOW_FUNCTION
5473
5474 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5475 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5476 {                                                                       \
5477         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5478         u64 __data = __VAR;                                             \
5479         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5480         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5481 }
5482 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5483 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5484
5485 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5486 static ssize_t                                                          \
5487 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5488 {                                                                       \
5489         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5490         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5491         int ret;                                                        \
5492                                                                         \
5493         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5494         if (ret)                                                        \
5495                 return ret;                                             \
5496         if (__data < __min)                                             \
5497                 __data = __min;                                         \
5498         else if (__data > __max)                                        \
5499                 __data = __max;                                         \
5500         if (__CONV == 1)                                                \
5501                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5502         else if (__CONV == 2)                                           \
5503                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5504         else                                                            \
5505                 *(__PTR) = __data;                                      \
5506         return count;                                                   \
5507 }
5508 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5509                 INT_MAX, 2);
5510 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5511                 INT_MAX, 2);
5512 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5513 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5514                 INT_MAX, 0);
5515 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5516 #undef STORE_FUNCTION
5517
5518 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5519 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5520 {                                                                       \
5521         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5522         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5523         int ret;                                                        \
5524                                                                         \
5525         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5526         if (ret)                                                        \
5527                 return ret;                                             \
5528         if (__data < __min)                                             \
5529                 __data = __min;                                         \
5530         else if (__data > __max)                                        \
5531                 __data = __max;                                         \
5532         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5533         return count;                                                   \
5534 }
5535 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5536                     UINT_MAX);
5537 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5538
5539 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5540                                     const char *page, size_t count)
5541 {
5542         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5543         unsigned long __data;
5544         int ret;
5545
5546         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5547         if (ret)
5548                 return ret;
5549
5550         if (__data == 0)
5551                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5552         else {
5553                 if (__data > INT_MAX)
5554                         __data = INT_MAX;
5555                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5556         }
5557
5558         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5559
5560         return count;
5561 }
5562
5563 /*
5564  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5565  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5566  */
5567 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5568                                       const char *page, size_t count)
5569 {
5570         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5571         unsigned long __data;
5572         int ret;
5573
5574         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5575         if (ret)
5576                 return ret;
5577
5578         if (__data < 1)
5579                 __data = 1;
5580         else if (__data > INT_MAX)
5581                 __data = INT_MAX;
5582
5583         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5584         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5585                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5586
5587         return count;
5588 }
5589
5590 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5591                                      const char *page, size_t count)
5592 {
5593         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5594         unsigned long __data;
5595         int ret;
5596
5597         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5598         if (ret)
5599                 return ret;
5600
5601         if (__data > 1)
5602                 __data = 1;
5603         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5604             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5605                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5606
5607         bfqd->strict_guarantees = __data;
5608
5609         return count;
5610 }
5611
5612 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5613                                      const char *page, size_t count)
5614 {
5615         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5616         unsigned long __data;
5617         int ret;
5618
5619         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5620         if (ret)
5621                 return ret;
5622
5623         if (__data > 1)
5624                 __data = 1;
5625         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5626                 bfq_end_wr(bfqd);
5627         bfqd->low_latency = __data;
5628
5629         return count;
5630 }
5631
5632 #define BFQ_ATTR(name) \
5633         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5634
5635 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5636         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5637         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5638         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5639         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5640         BFQ_ATTR(slice_idle),
5641         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5642         BFQ_ATTR(max_budget),
5643         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5644         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5645         BFQ_ATTR(low_latency),
5646         __ATTR_NULL
5647 };
5648
5649 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5650         .ops.mq = {
5651                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5652                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5653                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5654                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5655                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5656                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5657                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5658                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5659                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5660                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5661                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5662                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5663                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5664                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5665                 .has_work               = bfq_has_work,
5666                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
5667                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5668                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5669                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5670         },
5671
5672         .uses_mq =              true,
5673         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5674         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5675         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5676         .elevator_name =        "bfq",
5677         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5678 };
5679 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5680
5681 static int __init bfq_init(void)
5682 {
5683         int ret;
5684
5685 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5686         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5687         if (ret)
5688                 return ret;
5689 #endif
5690
5691         ret = -ENOMEM;
5692         if (bfq_slab_setup())
5693                 goto err_pol_unreg;
5694
5695         /*
5696          * Times to load large popular applications for the typical
5697          * systems installed on the reference devices (see the
5698          * comments before the definition of the next
5699          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5700          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5701          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5702          * are computed over much shorter time intervals than the long
5703          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5704          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5705          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5706          * be run for a long time.
5707          */
5708         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5709         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5710
5711         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5712         if (ret)
5713                 goto slab_kill;
5714
5715         return 0;
5716
5717 slab_kill:
5718         bfq_slab_kill();
5719 err_pol_unreg:
5720 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5721         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5722 #endif
5723         return ret;
5724 }
5725
5726 static void __exit bfq_exit(void)
5727 {
5728         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5729 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5730         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5731 #endif
5732         bfq_slab_kill();
5733 }
5734
5735 module_init(bfq_init);
5736 module_exit(bfq_exit);
5737
5738 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5739 MODULE_LICENSE("GPL");
5740 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");