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