Merge remote-tracking branch 'stable/linux-5.15.y' into rpi-5.15.y
[platform/kernel/linux-rpi.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/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126 #include <linux/backing-dev.h>
127
128 #include <trace/events/block.h>
129
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)              icq_to_bic((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         /*
390          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
391          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
392          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
393          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
394          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
395          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
396          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
397          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
398          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
399          * we cancel the stable merge if
400          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
401          */
402         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
403
404         if (bfqq && bic->stable_merge_bfqq == bfqq) {
405                 /*
406                  * Actually, these same instructions are executed also
407                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
408                  * execution of a stable merge. We could avoid
409                  * repeating these instructions there too, but if we
410                  * did so, we would nest even more complexity in this
411                  * function.
412                  */
413                 bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
414
415                 bic->stable_merge_bfqq = NULL;
416         }
417 }
418
419 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
420 {
421         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
422 }
423
424 /**
425  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
426  * @icq: the iocontext queue.
427  */
428 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
429 {
430         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
431         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
432 }
433
434 /**
435  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
436  * @bfqd: the lookup key.
437  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
438  * @q: the request queue.
439  */
440 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
441                                         struct io_context *ioc,
442                                         struct request_queue *q)
443 {
444         if (ioc) {
445                 unsigned long flags;
446                 struct bfq_io_cq *icq;
447
448                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
449                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
450                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
451
452                 return icq;
453         }
454
455         return NULL;
456 }
457
458 /*
459  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
460  * driver that will restart queueing.
461  */
462 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
463 {
464         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
465
466         if (bfqd->queued != 0) {
467                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
468                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
469         }
470 }
471
472 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
473
474 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
475
476 /*
477  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
478  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
479  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
480  */
481 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
482                                       struct request *rq1,
483                                       struct request *rq2,
484                                       sector_t last)
485 {
486         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
487         unsigned long back_max;
488 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
489 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
490         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
491
492         if (!rq1 || rq1 == rq2)
493                 return rq2;
494         if (!rq2)
495                 return rq1;
496
497         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
498                 return rq1;
499         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
500                 return rq2;
501         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
502                 return rq1;
503         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
504                 return rq2;
505
506         s1 = blk_rq_pos(rq1);
507         s2 = blk_rq_pos(rq2);
508
509         /*
510          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
511          */
512         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
513
514         /*
515          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
516          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
517          * similar forward seek.
518          */
519         if (s1 >= last)
520                 d1 = s1 - last;
521         else if (s1 + back_max >= last)
522                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
523         else
524                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
525
526         if (s2 >= last)
527                 d2 = s2 - last;
528         else if (s2 + back_max >= last)
529                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
530         else
531                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
532
533         /* Found required data */
534
535         /*
536          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
537          * check two variables for all permutations: --> faster!
538          */
539         switch (wrap) {
540         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
541                 if (d1 < d2)
542                         return rq1;
543                 else if (d2 < d1)
544                         return rq2;
545
546                 if (s1 >= s2)
547                         return rq1;
548                 else
549                         return rq2;
550
551         case BFQ_RQ2_WRAP:
552                 return rq1;
553         case BFQ_RQ1_WRAP:
554                 return rq2;
555         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
556         default:
557                 /*
558                  * Since both rqs are wrapped,
559                  * start with the one that's further behind head
560                  * (--> only *one* back seek required),
561                  * since back seek takes more time than forward.
562                  */
563                 if (s1 <= s2)
564                         return rq1;
565                 else
566                         return rq2;
567         }
568 }
569
570 /*
571  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
572  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
573  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
574  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
575  * problems.
576  */
577 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
578 {
579         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
580
581         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
582                 return;
583
584         data->shallow_depth =
585                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
586
587         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
588                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
589                         data->shallow_depth);
590 }
591
592 static struct bfq_queue *
593 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
594                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
595                      struct rb_node ***rb_link)
596 {
597         struct rb_node **p, *parent;
598         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
599
600         parent = NULL;
601         p = &root->rb_node;
602         while (*p) {
603                 struct rb_node **n;
604
605                 parent = *p;
606                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
607
608                 /*
609                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
610                  * largest to the right.
611                  */
612                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
613                         n = &(*p)->rb_right;
614                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
615                         n = &(*p)->rb_left;
616                 else
617                         break;
618                 p = n;
619                 bfqq = NULL;
620         }
621
622         *ret_parent = parent;
623         if (rb_link)
624                 *rb_link = p;
625
626         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
627                 (unsigned long long)sector,
628                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
629
630         return bfqq;
631 }
632
633 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
634 {
635         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
636                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
637                                        bfq_merge_time_limit);
638 }
639
640 /*
641  * The following function is not marked as __cold because it is
642  * actually cold, but for the same performance goal described in the
643  * comments on the likely() at the beginning of
644  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
645  * execution time for the case where this function is not invoked, we
646  * had to add an unlikely() in each involved if().
647  */
648 void __cold
649 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
650 {
651         struct rb_node **p, *parent;
652         struct bfq_queue *__bfqq;
653
654         if (bfqq->pos_root) {
655                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
656                 bfqq->pos_root = NULL;
657         }
658
659         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
660         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
661                 return;
662
663         /*
664          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
665          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
666          * position tree.
667          */
668         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
669                 return;
670
671         if (bfq_class_idle(bfqq))
672                 return;
673         if (!bfqq->next_rq)
674                 return;
675
676         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
677         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
678                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
679         if (!__bfqq) {
680                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
681                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
682         } else
683                 bfqq->pos_root = NULL;
684 }
685
686 /*
687  * The following function returns false either if every active queue
688  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
689  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
690  * throughput lower than or equal to the share that every other active
691  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
692  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
693  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
694  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
695  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
696  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
697  * be avoided.
698  *
699  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
700  * 1) all active queues have the same weight,
701  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
702  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
703  *    weight,
704  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
705  *    number of children.
706  *
707  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
708  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
709  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
710  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
711  * much easier to maintain the needed state:
712  * 1) all active queues have the same weight,
713  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
714  * 3) there are no active groups.
715  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
716  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
717  * needs to be maintained in this case.
718  */
719 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
720                                    struct bfq_queue *bfqq)
721 {
722         bool smallest_weight = bfqq &&
723                 bfqq->weight_counter &&
724                 bfqq->weight_counter ==
725                 container_of(
726                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
727                         struct bfq_weight_counter,
728                         weights_node);
729
730         /*
731          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
732          * at least two nodes.
733          */
734         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
735                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
736                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
737                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
738
739         bool multiple_classes_busy =
740                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
741                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
742                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
743
744         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
745 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
746                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
747 #endif
748                 ;
749 }
750
751 /*
752  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
753  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
754  * increment the existing counter.
755  *
756  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
757  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
758  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
759  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
760  * are not inserted in the tree.
761  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
762  * should be low too.
763  */
764 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
765                           struct rb_root_cached *root)
766 {
767         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
768         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
769         bool leftmost = true;
770
771         /*
772          * Do not insert if the queue is already associated with a
773          * counter, which happens if:
774          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
775          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
776          *      backlogged; in this respect, each of the two events
777          *      causes an invocation of this function,
778          *   2) this is the invocation of this function caused by the
779          *      second event. This second invocation is actually useless,
780          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
781          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
782          */
783         if (bfqq->weight_counter)
784                 return;
785
786         while (*new) {
787                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
788                                                 struct bfq_weight_counter,
789                                                 weights_node);
790                 parent = *new;
791
792                 if (entity->weight == __counter->weight) {
793                         bfqq->weight_counter = __counter;
794                         goto inc_counter;
795                 }
796                 if (entity->weight < __counter->weight)
797                         new = &((*new)->rb_left);
798                 else {
799                         new = &((*new)->rb_right);
800                         leftmost = false;
801                 }
802         }
803
804         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
805                                        GFP_ATOMIC);
806
807         /*
808          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
809          * exit. This will cause the weight of queue to not be
810          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
811          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
812          * bfqq's weight would have been the only weight making the
813          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
814          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
815          * invocation of this function is triggered by an activation
816          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
817          * if !bfqq->weight_counter.
818          */
819         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
820                 return;
821
822         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
823         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
824         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
825                                 leftmost);
826
827 inc_counter:
828         bfqq->weight_counter->num_active++;
829         bfqq->ref++;
830 }
831
832 /*
833  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
834  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
835  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
836  * about overhead.
837  */
838 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
839                                struct bfq_queue *bfqq,
840                                struct rb_root_cached *root)
841 {
842         if (!bfqq->weight_counter)
843                 return;
844
845         bfqq->weight_counter->num_active--;
846         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
847                 goto reset_entity_pointer;
848
849         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
850         kfree(bfqq->weight_counter);
851
852 reset_entity_pointer:
853         bfqq->weight_counter = NULL;
854         bfq_put_queue(bfqq);
855 }
856
857 /*
858  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
859  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
860  */
861 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
862                              struct bfq_queue *bfqq)
863 {
864         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
865
866         for_each_entity(entity) {
867                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
868
869                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
870                         /*
871                          * entity is still active, because either
872                          * next_in_service or in_service_entity is not
873                          * NULL (see the comments on the definition of
874                          * next_in_service for details on why
875                          * in_service_entity must be checked too).
876                          *
877                          * As a consequence, its parent entities are
878                          * active as well, and thus this loop must
879                          * stop here.
880                          */
881                         break;
882                 }
883
884                 /*
885                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
886                  * not performed immediately upon the deactivation of
887                  * entity, but it is delayed to when it also happens
888                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
889                  * all its pending requests completed. The following
890                  * instructions perform this delayed decrement, if
891                  * needed. See the comments on
892                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
893                  */
894                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
895                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
896                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
897                 }
898         }
899
900         /*
901          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
902          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
903          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
904          * function invocation.
905          */
906         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
907                                   &bfqd->queue_weights_tree);
908 }
909
910 /*
911  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
912  */
913 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
914                                       struct request *last)
915 {
916         struct request *rq;
917
918         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
919                 return NULL;
920
921         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
922
923         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
924
925         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
926                 return NULL;
927
928         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
929         return rq;
930 }
931
932 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
933                                         struct bfq_queue *bfqq,
934                                         struct request *last)
935 {
936         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
937         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
938         struct request *next, *prev = NULL;
939
940         /* Follow expired path, else get first next available. */
941         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
942         if (next)
943                 return next;
944
945         if (rbprev)
946                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
947
948         if (rbnext)
949                 next = rb_entry_rq(rbnext);
950         else {
951                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
952                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
953                         next = rb_entry_rq(rbnext);
954         }
955
956         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
957 }
958
959 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
960 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
961                                         struct bfq_queue *bfqq)
962 {
963         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
964             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
965                 return blk_rq_sectors(rq);
966
967         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
968 }
969
970 /**
971  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
972  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
973  * @bfqq: the queue to update.
974  *
975  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
976  * has enough budget to serve at least its first request (if the
977  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
978  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
979  * rounds to actually get it dispatched.
980  */
981 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
982                                  struct bfq_queue *bfqq)
983 {
984         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
985         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
986         unsigned long new_budget;
987
988         if (!next_rq)
989                 return;
990
991         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
992                 /*
993                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
994                  * changed after an entity has been selected.
995                  */
996                 return;
997
998         new_budget = max_t(unsigned long,
999                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1000                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1001                            entity->service);
1002         if (entity->budget != new_budget) {
1003                 entity->budget = new_budget;
1004                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1005                                          new_budget);
1006                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1007         }
1008 }
1009
1010 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1011 {
1012         u64 dur;
1013
1014         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1015                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1016
1017         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1018         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1019
1020         /*
1021          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1022          * has been conservatively set after the following worst case:
1023          * on a QEMU/KVM virtual machine
1024          * - running in a slow PC
1025          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1026          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1027          *   of several files
1028          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1029          *
1030          * As for higher values than that accommodating the above bad
1031          * scenario, tests show that higher values would often yield
1032          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1033          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1034          * preserve weight raising for too long.
1035          *
1036          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1037          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1038          * before weight-raising finishes.
1039          */
1040         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1041 }
1042
1043 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1044 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1045                                           struct bfq_data *bfqd)
1046 {
1047         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1048         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1049         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1050 }
1051
1052 static void
1053 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1054                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1055 {
1056         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1057         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1058
1059         if (bic->saved_has_short_ttime)
1060                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1061         else
1062                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1063
1064         if (bic->saved_IO_bound)
1065                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1066         else
1067                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1068
1069         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1070         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1071         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1072
1073         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1074         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1075         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1076         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1077         /*
1078          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1079          */
1080         if (bfqd->low_latency) {
1081                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1082                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1083         }
1084         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1085         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1086         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1087         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1088
1089         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1090             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1091                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1092                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1093                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1094                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1095                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1096                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1097                 } else {
1098                         bfqq->wr_coeff = 1;
1099                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1100                                      "resume state: switching off wr");
1101                 }
1102         }
1103
1104         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1105         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1106
1107         if (likely(!busy))
1108                 return;
1109
1110         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1111                 bfqd->wr_busy_queues++;
1112         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1113                 bfqd->wr_busy_queues--;
1114 }
1115
1116 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1117 {
1118         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1119                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1120 }
1121
1122 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1123 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1124 {
1125         struct bfq_queue *item;
1126         struct hlist_node *n;
1127
1128         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1129                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1130
1131         /*
1132          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1133          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1134          * bfq_handle_burst().
1135          */
1136         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1137                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1138                 bfqd->burst_size = 1;
1139         } else
1140                 bfqd->burst_size = 0;
1141
1142         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1143 }
1144
1145 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1146 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1147 {
1148         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1149         bfqd->burst_size++;
1150
1151         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1152                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1153                 struct hlist_node *n;
1154
1155                 /*
1156                  * Enough queues have been activated shortly after each
1157                  * other to consider this burst as large.
1158                  */
1159                 bfqd->large_burst = true;
1160
1161                 /*
1162                  * We can now mark all queues in the burst list as
1163                  * belonging to a large burst.
1164                  */
1165                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1166                                      burst_list_node)
1167                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1168                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1169
1170                 /*
1171                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1172                  * new queue being activated shortly after the last queue
1173                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1174                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1175                  * needed any more. Remove it.
1176                  */
1177                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1178                                           burst_list_node)
1179                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1180         } else /*
1181                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1182                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1183                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1184                 * in put_queue.
1185                 */
1186                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1187 }
1188
1189 /*
1190  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1191  * shortly after each other, then the processes associated with these
1192  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1193  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1194  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1195  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1196  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1197  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1198  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1199  *
1200  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1201  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1202  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1203  * treated in a different way.
1204  *
1205  * The above services or applications benefit mostly from a high
1206  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1207  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1208  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1209  * which also implies idling the device for it, is almost always
1210  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1211  * these new queues from. If there no other active queues, then
1212  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1213  * cases.
1214  *
1215  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1216  * the start of an application that does not consist of a lot of
1217  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1218  * several short processes may need to be executed to start-up the
1219  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1220  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1221  * related to the application with respect to all other
1222  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1223  * an application that causes a burst of queue creations is to
1224  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1225  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1226  *
1227  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1228  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1229  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1230  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1231  * larger size than that threshold are apparently caused by
1232  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1233  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1234  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1235  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1236  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1237  * exact choice depends on the device and request pattern at
1238  * hand.
1239  *
1240  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1241  * is starting (e.g., an application is being started). The
1242  * consequence is that the queues associated with the task do not
1243  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1244  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1245  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1246  *
1247  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1248  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1249  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1250  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1251  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1252  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1253  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1254  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1255  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1256  * large. The main steps are the following.
1257  *
1258  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1259  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1260  *
1261  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1262  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1263  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1264  *   Q to the burst list
1265  *
1266  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1267  *   the large-burst threshold, then
1268  *
1269  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1270  *       large burst
1271  *
1272  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1273  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1274  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1275  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1276  *
1277  *     . the device enters a large-burst mode
1278  *
1279  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1280  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1281  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1282  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1283  *   as belonging to a large burst.
1284  *
1285  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1286  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1287  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1288  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1289  *
1290  *        . the large-burst mode is reset if set
1291  *
1292  *        . the burst list is emptied
1293  *
1294  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1295  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1296  *          after this step).
1297  */
1298 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1299 {
1300         /*
1301          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1302          * burst, or finally has just been split, then there is
1303          * nothing else to do.
1304          */
1305         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1306             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1307             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1308                                      msecs_to_jiffies(10)))
1309                 return;
1310
1311         /*
1312          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1313          * a different group than the burst group, then the current
1314          * burst is finished, and related data structures must be
1315          * reset.
1316          *
1317          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1318          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1319          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1320          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1321          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1322          * following condition is true, bfqq will end up being
1323          * inserted into the burst list. In particular the list will
1324          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1325          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1326          * burst.
1327          */
1328         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1329             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1330             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1331                 bfqd->large_burst = false;
1332                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1333                 goto end;
1334         }
1335
1336         /*
1337          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1338          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1339          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1340          */
1341         if (bfqd->large_burst) {
1342                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1343                 goto end;
1344         }
1345
1346         /*
1347          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1348          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1349          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1350          */
1351         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1352 end:
1353         /*
1354          * At this point, bfqq either has been added to the current
1355          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1356          * possible new burst to start. In particular, in the second
1357          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1358          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1359          * forward.
1360          */
1361         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1362 }
1363
1364 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1365 {
1366         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1367
1368         return entity->budget - entity->service;
1369 }
1370
1371 /*
1372  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1373  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1374  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1375  */
1376 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1377 {
1378         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1379                 return bfq_default_max_budget;
1380         else
1381                 return bfqd->bfq_max_budget;
1382 }
1383
1384 /*
1385  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1386  * max budget (trying with 1/32)
1387  */
1388 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1389 {
1390         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1391                 return bfq_default_max_budget / 32;
1392         else
1393                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1394 }
1395
1396 /*
1397  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1398  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1399  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1400  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1401  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1402  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1403  * goals below.
1404  *
1405  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1406  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1407  * expired for one of the following two reasons:
1408  *
1409  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1410  *   and did not make it to issue a new request before its last
1411  *   request was served;
1412  *
1413  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1414  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1415  *
1416  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1417  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1418  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1419  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1420  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1421  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1422  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1423  * one full budget of another queue before being served again, then
1424  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1425  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1426  * to be taken.
1427  *
1428  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1429  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1430  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1431  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1432  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1433  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1434  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1435  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1436  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1437  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1438  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1439  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1440  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1441  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1442  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1443  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1444  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1445  * on this tricky aspect).
1446  *
1447  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1448  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1449  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1450  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1451  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1452  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1453  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1454  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1455  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1456  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1457  * causing a little loss of bandwidth.
1458  *
1459  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1460  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1461  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1462  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1463  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1464  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1465  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1466  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1467  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1468  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1469  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1470  * __bfq_activate_entity.
1471  *
1472  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1473  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1474  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1475  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1476  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1477  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1478  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1479  * outstanding requests mentioned above.
1480  *
1481  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1482  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1483  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1484  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1485  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1486  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1487  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1488  * know whether preemption is needed without needing to update service
1489  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1490  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1491  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1492  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1493  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1494  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1495  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1496  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1497  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1498  * responsibility of handling the above case 2.
1499  */
1500 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1501                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1502                                                 bool arrived_in_time)
1503 {
1504         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1505
1506         /*
1507          * In the next compound condition, we check also whether there
1508          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1509          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1510          * would be expired immediately after being selected for
1511          * service. This would only cause useless overhead.
1512          */
1513         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1514             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1515                 /*
1516                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1517                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1518                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1519                  * cleared right after).
1520                  */
1521
1522                 /*
1523                  * In next assignment we rely on that either
1524                  * entity->service or entity->budget are not updated
1525                  * on expiration if bfqq is empty (see
1526                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1527                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1528                  * following statement therefore assigns to
1529                  * entity->budget the remaining budget on such an
1530                  * expiration.
1531                  */
1532                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1533                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1534                                        bfqq->max_budget);
1535
1536                 /*
1537                  * At this point, we have used entity->service to get
1538                  * the budget left (needed for updating
1539                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1540                  * reset entity->service. The latter must be reset
1541                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1542                  * the service it has received during its previous
1543                  * service slot(s).
1544                  */
1545                 entity->service = 0;
1546
1547                 return true;
1548         }
1549
1550         /*
1551          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1552          */
1553         entity->service = 0;
1554         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1555                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1556         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1557         return false;
1558 }
1559
1560 /*
1561  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1562  * macros.
1563  */
1564 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1565 {
1566         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1567 }
1568
1569 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1570                                              struct bfq_queue *bfqq,
1571                                              unsigned int old_wr_coeff,
1572                                              bool wr_or_deserves_wr,
1573                                              bool interactive,
1574                                              bool in_burst,
1575                                              bool soft_rt)
1576 {
1577         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1578                 /* start a weight-raising period */
1579                 if (interactive) {
1580                         bfqq->service_from_wr = 0;
1581                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1582                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1583                 } else {
1584                         /*
1585                          * No interactive weight raising in progress
1586                          * here: assign minus infinity to
1587                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1588                          * that, at the end of the soft-real-time
1589                          * weight raising periods that is starting
1590                          * now, no interactive weight-raising period
1591                          * may be wrongly considered as still in
1592                          * progress (and thus actually started by
1593                          * mistake).
1594                          */
1595                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1596                                 bfq_smallest_from_now();
1597                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1598                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1599                         bfqq->wr_cur_max_time =
1600                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1601                 }
1602
1603                 /*
1604                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1605                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1606                  * scheduling-error component due to a too large
1607                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1608                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1609                  * too small budget either, to avoid increasing
1610                  * latency by causing too frequent expirations.
1611                  */
1612                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1613                                             bfqq->entity.budget,
1614                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1615         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1616                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1617                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1618                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1619                 } else if (in_burst)
1620                         bfqq->wr_coeff = 1;
1621                 else if (soft_rt) {
1622                         /*
1623                          * The application is now or still meeting the
1624                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1625                          * can then correctly and safely (re)charge
1626                          * the weight-raising duration for the
1627                          * application with the weight-raising
1628                          * duration for soft rt applications.
1629                          *
1630                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1631                          * before the weight-raising period for the
1632                          * application finishes, reduces the probability
1633                          * of the following negative scenario:
1634                          * 1) the weight of a soft rt application is
1635                          *    raised at startup (as for any newly
1636                          *    created application),
1637                          * 2) since the application is not interactive,
1638                          *    at a certain time weight-raising is
1639                          *    stopped for the application,
1640                          * 3) at that time the application happens to
1641                          *    still have pending requests, and hence
1642                          *    is destined to not have a chance to be
1643                          *    deemed soft rt before these requests are
1644                          *    completed (see the comments to the
1645                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1646                          *    for details on soft rt detection),
1647                          * 4) these pending requests experience a high
1648                          *    latency because the application is not
1649                          *    weight-raised while they are pending.
1650                          */
1651                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1652                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1653                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1654                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1655
1656                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1657                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1658                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1659                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1660                         }
1661                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1662                 }
1663         }
1664 }
1665
1666 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1667                                         struct bfq_queue *bfqq)
1668 {
1669         return bfqq->dispatched == 0 &&
1670                 time_is_before_jiffies(
1671                         bfqq->budget_timeout +
1672                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1673 }
1674
1675
1676 /*
1677  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1678  * weight than the in-service queue.
1679  */
1680 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1681                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1682 {
1683         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1684
1685         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1686                 return true;
1687
1688         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1689                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1690                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1691         } else {
1692                 if (bfqq->entity.parent)
1693                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1694                 else
1695                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1696                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1697                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1698                 else
1699                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1700         }
1701
1702         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1703 }
1704
1705 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1706
1707 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1708                                              struct bfq_queue *bfqq,
1709                                              int old_wr_coeff,
1710                                              struct request *rq,
1711                                              bool *interactive)
1712 {
1713         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1714                 bfqq_wants_to_preempt,
1715                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1716                 /*
1717                  * See the comments on
1718                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1719                  * details on the usage of the next variable.
1720                  */
1721                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1722                         bfqq->ttime.last_end_request +
1723                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1724
1725
1726         /*
1727          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1728          * - it is sync,
1729          * - it does not belong to a large burst,
1730          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1731          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1732          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1733          *   to control its weight explicitly)
1734          */
1735         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1736         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1737                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1738                 !in_burst &&
1739                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1740                 bfqq->dispatched == 0 &&
1741                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1742         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1743                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1744         /*
1745          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1746          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1747          * are usually created for non-interactive and
1748          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1749          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1750          * they are created shortly after each other. So they may
1751          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1752          * application, if the application happens to spawn multiple
1753          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1754          * raising.
1755          */
1756         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1757                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1758                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1759                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1760                    (*interactive || soft_rt)));
1761
1762         /*
1763          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1764          * may want to preempt the in-service queue.
1765          */
1766         bfqq_wants_to_preempt =
1767                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1768                                                     arrived_in_time);
1769
1770         /*
1771          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1772          * idle for much more than an interactive queue, then we
1773          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1774          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1775          * to be treated as a queue belonging to a burst
1776          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1777          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1778          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1779          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1780          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1781          * a burst.
1782          */
1783         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1784             idle_for_long_time &&
1785             time_is_before_jiffies(
1786                     bfqq->budget_timeout +
1787                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1788                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1789                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1790         }
1791
1792         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1793
1794         if (bfqd->low_latency) {
1795                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1796                         /* wraparound */
1797                         bfqq->split_time =
1798                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1799
1800                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1801                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1802                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1803                                                          old_wr_coeff,
1804                                                          wr_or_deserves_wr,
1805                                                          *interactive,
1806                                                          in_burst,
1807                                                          soft_rt);
1808
1809                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1810                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1811                 }
1812         }
1813
1814         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1815         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1816         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1817
1818         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1819
1820         /*
1821          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1822          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1823          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1824          * recover a service hole, as explained in the comments on
1825          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1826          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1827          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1828          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1829          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1830          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1831          * critical, as the in-service queue.
1832          *
1833          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1834          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1835          * condition does not hold, we don't care because, even if
1836          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1837          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1838          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1839          *
1840          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1841          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1842          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1843          * useless preemptions, the return value of
1844          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1845          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1846          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1847          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1848          * timestamps of the in-service queue would need to be
1849          * updated, and this operation is quite costly (see the
1850          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1851          *
1852          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1853          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1854          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1855          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1856          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1857          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1858          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1859          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1860          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1861          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1862          */
1863         if (bfqd->in_service_queue &&
1864             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1865               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1866              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1867              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1868             next_queue_may_preempt(bfqd))
1869                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1870                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1871 }
1872
1873 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1874                                    struct bfq_queue *bfqq)
1875 {
1876         /* invalidate baseline total service time */
1877         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1878
1879         /*
1880          * Reset pointer in case we are waiting for
1881          * some request completion.
1882          */
1883         bfqd->waited_rq = NULL;
1884
1885         /*
1886          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1887          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1888          * an injected I/O request may be higher than the think time
1889          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1890          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1891          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1892          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1893          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1894          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1895          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1896          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1897          * expired. This is the very pattern that gives the
1898          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1899          * injection on request service times, and then to update the
1900          * limit accordingly.
1901          *
1902          * However, in the following special case, the inject limit is
1903          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1904          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1905          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1906          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1907          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1908          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1909          * throughput, as explained in detail in the comments in
1910          * bfq_update_has_short_ttime().
1911          *
1912          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1913          * start directly by 1, because:
1914          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1915          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1916          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1917          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1918          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1919          * expire before getting its next request. With this request
1920          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1921          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1922          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1923          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1924          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1925          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1926          * further reduces chances to actually compute the baseline
1927          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1928          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1929          * than 1.
1930          */
1931         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1932                 bfqq->inject_limit = 0;
1933         else
1934                 bfqq->inject_limit = 1;
1935
1936         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1937 }
1938
1939 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
1940 {
1941         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
1942
1943         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
1944                 bfqq->tot_idle_time +=
1945                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
1946
1947         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
1948                 return;
1949
1950         /*
1951          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
1952          * considered I/O bound.
1953          */
1954         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
1955                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1956         else
1957                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1958
1959         /*
1960          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
1961          * from now.
1962          */
1963         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
1964                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
1965                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
1966         }
1967 }
1968
1969 /*
1970  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
1971  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
1972  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
1973  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
1974  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
1975  * queue.
1976  *
1977  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
1978  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
1979  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
1980  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1981  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
1982  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
1983  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
1984  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
1985  * in bfq_select_queue().
1986  *
1987  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed
1988  * as a waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq
1989  * happens to become non empty right after a request of Q has been
1990  * completed. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check
1991  * for a waker if it still has some in-flight I/O. In fact, in this
1992  * case bfqq is actually still being served by the drive, and may
1993  * receive new I/O on the completion of some of the in-flight
1994  * requests. In particular, on the first time, Q is tentatively set as
1995  * a candidate waker queue, while on the third consecutive time that Q
1996  * is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q is
1997  * a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if
1998  * bfqq has a long think time, so as to make it more likely that
1999  * bfqq's I/O is actually being blocked by a synchronization. This
2000  * last filter, plus the above three-times requirement, make false
2001  * positives less likely.
2002  *
2003  * NOTE
2004  *
2005  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2006  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2007  * detection is likely to be actually fast, for the following
2008  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2009  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2010  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2011  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2012  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2013  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2014  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2015  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2016  *
2017  * ISSUE
2018  *
2019  * On queue merging all waker information is lost.
2020  */
2021 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2022                             u64 now_ns)
2023 {
2024         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2025             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2026             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2027             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC)
2028                 return;
2029
2030         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2031             bfqq->tentative_waker_bfqq) {
2032                 /*
2033                  * First synchronization detected with a
2034                  * candidate waker queue, or with a different
2035                  * candidate waker queue from the current one.
2036                  */
2037                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2038                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2039                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2040         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2041                 bfqq->num_waker_detections++;
2042
2043         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2044                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2045                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2046
2047                 /*
2048                  * If the waker queue disappears, then
2049                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2050                  * this goal, we maintain in each
2051                  * waker queue a list, woken_list, of
2052                  * all the queues that reference the
2053                  * waker queue through their
2054                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2055                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2056                  * of all the queues in the woken_list
2057                  * is reset.
2058                  *
2059                  * In addition, if bfqq is already in
2060                  * the woken_list of a waker queue,
2061                  * then, before being inserted into
2062                  * the woken_list of a new waker
2063                  * queue, bfqq must be removed from
2064                  * the woken_list of the old waker
2065                  * queue.
2066                  */
2067                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2068                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2069                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2070                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2071         }
2072 }
2073
2074 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2075 {
2076         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2077         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2078         struct request *next_rq, *prev;
2079         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2080         bool interactive = false;
2081         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2082
2083         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2084         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2085         bfqd->queued++;
2086
2087         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && RQ_BIC(rq)->requests <= 1) {
2088                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2089
2090                 /*
2091                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2092                  * the latter eventually drops in case workload
2093                  * changes, see step (3) in the comments on
2094                  * bfq_update_inject_limit().
2095                  */
2096                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2097                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2098                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2099
2100                 /*
2101                  * The following conditions must hold to setup a new
2102                  * sampling of total service time, and then a new
2103                  * update of the inject limit:
2104                  * - bfqq is in service, because the total service
2105                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2106                  *   the queues in service;
2107                  * - this is the right occasion to compute or to
2108                  *   lower the baseline total service time, because
2109                  *   there are actually no requests in the drive,
2110                  *   or
2111                  *   the baseline total service time is available, and
2112                  *   this is the right occasion to compute the other
2113                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2114                  *   the total service time caused by the amount of
2115                  *   injection allowed by the current value of the
2116                  *   limit. It is the right occasion because injection
2117                  *   has actually been performed during the service
2118                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2119                  *   which are very likely to be exactly the injected
2120                  *   requests, or part of them;
2121                  * - the minimum interval for sampling the total
2122                  *   service time and updating the inject limit has
2123                  *   elapsed.
2124                  */
2125                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2126                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2127                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2128                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2129                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2130                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2131                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2132                         /*
2133                          * Start the state machine for measuring the
2134                          * total service time of rq: setting
2135                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2136                          * be set when rq will be dispatched.
2137                          */
2138                         bfqd->wait_dispatch = true;
2139                         /*
2140                          * If there is no I/O in service in the drive,
2141                          * then possible injection occurred before the
2142                          * arrival of rq will not affect the total
2143                          * service time of rq. So the injection limit
2144                          * must not be updated as a function of such
2145                          * total service time, unless new injection
2146                          * occurs before rq is completed. To have the
2147                          * injection limit updated only in the latter
2148                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2149                          * will be set in case injection is performed
2150                          * on bfqq before rq is completed).
2151                          */
2152                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2153                                 bfqd->rqs_injected = false;
2154                 }
2155         }
2156
2157         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2158                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2159
2160         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2161
2162         /*
2163          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2164          */
2165         prev = bfqq->next_rq;
2166         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2167         bfqq->next_rq = next_rq;
2168
2169         /*
2170          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2171          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2172          */
2173         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2174                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2175
2176         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2177                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2178                                                  rq, &interactive);
2179         else {
2180                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2181                     time_is_before_jiffies(
2182                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2183                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2184                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2185                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2186
2187                         bfqd->wr_busy_queues++;
2188                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2189                 }
2190                 if (prev != bfqq->next_rq)
2191                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2192         }
2193
2194         /*
2195          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2196          * cases:
2197          *
2198          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2199          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2200          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2201          *   of information is used only for deciding whether to
2202          *   weight-raise async queues
2203          *
2204          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2205          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2206          *   stores the time when weight-raising starts
2207          *
2208          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2209          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2210          *   period must start or restart (this case is considered
2211          *   separately because it is not detected by the above
2212          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2213          *
2214          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2215          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2216          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2217          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2218          * needed.
2219          */
2220         if (bfqd->low_latency &&
2221                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2222                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2223 }
2224
2225 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2226                                           struct bio *bio,
2227                                           struct request_queue *q)
2228 {
2229         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2230
2231
2232         if (bfqq)
2233                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2234
2235         return NULL;
2236 }
2237
2238 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2239 {
2240         if (last_pos)
2241                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2242
2243         return 0;
2244 }
2245
2246 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2247 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2248 {
2249         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2250
2251         bfqd->rq_in_driver++;
2252 }
2253
2254 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2255 {
2256         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2257
2258         bfqd->rq_in_driver--;
2259 }
2260 #endif
2261
2262 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2263                                struct request *rq)
2264 {
2265         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2266         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2267         const int sync = rq_is_sync(rq);
2268
2269         if (bfqq->next_rq == rq) {
2270                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2271                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2272         }
2273
2274         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2275                 list_del_init(&rq->queuelist);
2276         bfqq->queued[sync]--;
2277         bfqd->queued--;
2278         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2279
2280         elv_rqhash_del(q, rq);
2281         if (q->last_merge == rq)
2282                 q->last_merge = NULL;
2283
2284         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2285                 bfqq->next_rq = NULL;
2286
2287                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2288                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2289                         /*
2290                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2291                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2292                          * bfqq->entity.budget must contain,
2293                          * respectively, the service received and the
2294                          * budget used last time bfqq emptied. These
2295                          * facts do not hold in this case, as at least
2296                          * this last removal occurred while bfqq is
2297                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2298                          * reset both bfqq->entity.service and
2299                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2300                          * process that may issue I/O requests to it.
2301                          */
2302                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2303                 }
2304
2305                 /*
2306                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2307                  */
2308                 if (bfqq->pos_root) {
2309                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2310                         bfqq->pos_root = NULL;
2311                 }
2312         } else {
2313                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2314                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2315                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2316         }
2317
2318         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2319                 bfqq->meta_pending--;
2320
2321 }
2322
2323 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2324                 unsigned int nr_segs)
2325 {
2326         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2327         struct request *free = NULL;
2328         /*
2329          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2330          * store its return value for later use, to avoid nesting
2331          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2332          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2333          * bfqd->lock is taken.
2334          */
2335         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2336         bool ret;
2337
2338         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2339
2340         if (bic) {
2341                 /*
2342                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2343                  * considering the merge.
2344                  */
2345                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2346
2347                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2348         } else {
2349                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2350         }
2351         bfqd->bio_bic = bic;
2352
2353         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2354
2355         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2356         if (free)
2357                 blk_mq_free_request(free);
2358
2359         return ret;
2360 }
2361
2362 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2363                              struct bio *bio)
2364 {
2365         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2366         struct request *__rq;
2367
2368         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2369         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2370                 *req = __rq;
2371
2372                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2373                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2374                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2375         }
2376
2377         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2378 }
2379
2380 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2381                                enum elv_merge type)
2382 {
2383         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2384             rb_prev(&req->rb_node) &&
2385             blk_rq_pos(req) <
2386             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2387                                     struct request, rb_node))) {
2388                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2389                 struct bfq_data *bfqd;
2390                 struct request *prev, *next_rq;
2391
2392                 if (!bfqq)
2393                         return;
2394
2395                 bfqd = bfqq->bfqd;
2396
2397                 /* Reposition request in its sort_list */
2398                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2399                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2400
2401                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2402                 prev = bfqq->next_rq;
2403                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2404                                          bfqd->last_position);
2405                 bfqq->next_rq = next_rq;
2406                 /*
2407                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2408                  * fit the new request and the queue's position in its
2409                  * rq_pos_tree.
2410                  */
2411                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2412                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2413                         /*
2414                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2415                          * the unlikely().
2416                          */
2417                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2418                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2419                 }
2420         }
2421 }
2422
2423 /*
2424  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2425  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2426  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2427  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2428  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2429  *
2430  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2431  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2432  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2433  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2434  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2435  * only by bfq_insert_request.
2436  */
2437 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2438                                 struct request *next)
2439 {
2440         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2441                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2442
2443         if (!bfqq)
2444                 goto remove;
2445
2446         /*
2447          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2448          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2449          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2450          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2451          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2452          * which would most certainly be too expensive with respect to
2453          * the benefits.
2454          */
2455         if (bfqq == next_bfqq &&
2456             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2457             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2458                 list_del_init(&rq->queuelist);
2459                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2460                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2461         }
2462
2463         if (bfqq->next_rq == next)
2464                 bfqq->next_rq = rq;
2465
2466         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2467 remove:
2468         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2469         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2470                 bfq_remove_request(next->q, next);
2471                 if (next_bfqq)
2472                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2473                                                     next->cmd_flags);
2474         }
2475 }
2476
2477 /* Must be called with bfqq != NULL */
2478 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2479 {
2480         /*
2481          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2482          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2483          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2484          * a soft real-time application. Such an application actually
2485          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2486          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2487          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2488          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2489          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2490          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2491          * very long time.
2492          */
2493
2494         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2495             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2496                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2497
2498         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2499                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2500         bfqq->wr_coeff = 1;
2501         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2502         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2503         /*
2504          * Trigger a weight change on the next invocation of
2505          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2506          */
2507         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2508 }
2509
2510 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2511                              struct bfq_group *bfqg)
2512 {
2513         int i, j;
2514
2515         for (i = 0; i < 2; i++)
2516                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2517                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2518                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2519         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2520                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2521 }
2522
2523 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2524 {
2525         struct bfq_queue *bfqq;
2526
2527         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2528
2529         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2530                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2531         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2532                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2533         bfq_end_wr_async(bfqd);
2534
2535         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2536 }
2537
2538 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2539 {
2540         if (request)
2541                 return blk_rq_pos(io_struct);
2542         else
2543                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2544 }
2545
2546 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2547                                   sector_t sector)
2548 {
2549         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2550                BFQQ_CLOSE_THR;
2551 }
2552
2553 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2554                                          struct bfq_queue *bfqq,
2555                                          sector_t sector)
2556 {
2557         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2558         struct rb_node *parent, *node;
2559         struct bfq_queue *__bfqq;
2560
2561         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2562                 return NULL;
2563
2564         /*
2565          * First, if we find a request starting at the end of the last
2566          * request, choose it.
2567          */
2568         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2569         if (__bfqq)
2570                 return __bfqq;
2571
2572         /*
2573          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2574          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2575          * next_request position).
2576          */
2577         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2578         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2579                 return __bfqq;
2580
2581         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2582                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2583         else
2584                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2585         if (!node)
2586                 return NULL;
2587
2588         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2589         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2590                 return __bfqq;
2591
2592         return NULL;
2593 }
2594
2595 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2596                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2597                                                    sector_t sector)
2598 {
2599         struct bfq_queue *bfqq;
2600
2601         /*
2602          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2603          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2604          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2605          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2606          * the best possible order for throughput.
2607          */
2608         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2609         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2610                 return NULL;
2611
2612         return bfqq;
2613 }
2614
2615 static struct bfq_queue *
2616 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2617 {
2618         int process_refs, new_process_refs;
2619         struct bfq_queue *__bfqq;
2620
2621         /*
2622          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2623          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2624          * may have dropped their last reference (not just their last process
2625          * reference).
2626          */
2627         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2628                 return NULL;
2629
2630         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2631         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2632                 if (__bfqq == bfqq)
2633                         return NULL;
2634                 new_bfqq = __bfqq;
2635         }
2636
2637         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2638         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2639         /*
2640          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2641          * sense in merging the queues.
2642          */
2643         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2644                 return NULL;
2645
2646         /*
2647          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2648          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2649          * for merging.
2650          */
2651         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2652                 return NULL;
2653
2654         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2655                 new_bfqq->pid);
2656
2657         /*
2658          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2659          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2660          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2661          * first time that the requests of some process are redirected to
2662          * it.
2663          *
2664          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2665          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2666          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2667          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2668          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2669          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2670          *
2671          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2672          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2673          * best option, as we feed the in-service queue with new
2674          * requests close to the last request served and, by doing so,
2675          * are likely to increase the throughput.
2676          */
2677         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2678         /*
2679          * The above assignment schedules the following redirections:
2680          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2681          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2682          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2683          * in advance, adding the number of processes that are
2684          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2685          * issue I/O.
2686          */
2687         new_bfqq->ref += process_refs;
2688         return new_bfqq;
2689 }
2690
2691 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2692                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2693 {
2694         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2695                 return false;
2696
2697         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2698             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2699                 return false;
2700
2701         /*
2702          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2703          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2704          * sequential I/O.
2705          */
2706         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2707                 return false;
2708
2709         /*
2710          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2711          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2712          * queues.
2713          */
2714         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2715                 return false;
2716
2717         return true;
2718 }
2719
2720 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2721                                              struct bfq_queue *bfqq);
2722
2723 /*
2724  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2725  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2726  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2727  * structure otherwise.
2728  *
2729  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2730  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2731  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2732  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2733  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2734  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2735  *
2736  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2737  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2738  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2739  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2740  * requests than the ones produced by its originally-associated
2741  * process.
2742  */
2743 static struct bfq_queue *
2744 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2745                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2746 {
2747         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2748
2749         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2750         if (bfqq->new_bfqq)
2751                 return bfqq->new_bfqq;
2752
2753         /*
2754          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2755          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2756          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2757          * must be non null). If we considered also merged queues,
2758          * then we should also check whether bfqq has already been
2759          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2760          * costly and complicated.
2761          */
2762         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2763                 /*
2764                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2765                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2766                  * stable merging) also if bic is associated with a
2767                  * sync queue, but this bfqq is async
2768                  */
2769                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2770                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2771                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2772                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2773                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2774                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2775                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2776                                 bic->stable_merge_bfqq;
2777                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2778                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2779
2780                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2781                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2782
2783                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2784
2785                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2786                             proc_ref > 0) {
2787                                 /* next function will take at least one ref */
2788                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2789                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2790
2791                                 if (new_bfqq) {
2792                                         bic->stably_merged = true;
2793                                         if (new_bfqq->bic)
2794                                                 new_bfqq->bic->stably_merged =
2795                                                                         true;
2796                                 }
2797                                 return new_bfqq;
2798                         } else
2799                                 return NULL;
2800                 }
2801         }
2802
2803         /*
2804          * Do not perform queue merging if the device is non
2805          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2806          * device reaches a high speed through internal parallelism
2807          * and pipelining. This means that, to reach a high
2808          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2809          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2810          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2811          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2812          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2813          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2814          * the throughput reached by the device is likely to be the
2815          * same, with and without queue merging.
2816          *
2817          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2818          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2819          * artificially more uneven, because of shared queues
2820          * remaining non empty for incomparably more time than
2821          * non-merged queues. This may accentuate workload
2822          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2823          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2824          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2825          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2826          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2827          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2828          *
2829          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2830          * of the two branches is more likely than the other, but to
2831          * have the code path after the following if() executed as
2832          * fast as possible for the case of a non rotational device
2833          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2834          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2835          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2836          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2837          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2838          * all.
2839          */
2840         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2841                 return NULL;
2842
2843         /*
2844          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2845          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2846          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2847          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2848          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2849          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2850          * probability that two non-cooperating processes, which just
2851          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2852          * their queues merged by mistake.
2853          */
2854         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2855                 return NULL;
2856
2857         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2858                 return NULL;
2859
2860         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2861         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2862                 return NULL;
2863
2864         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2865
2866         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2867             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2868             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2869                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2870             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2871             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2872                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2873                 if (new_bfqq)
2874                         return new_bfqq;
2875         }
2876         /*
2877          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2878          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2879          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2880          */
2881         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2882                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2883
2884         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2885             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2886                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2887
2888         return NULL;
2889 }
2890
2891 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2892 {
2893         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2894
2895         /*
2896          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2897          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2898          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2899          */
2900         if (!bic)
2901                 return;
2902
2903         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
2904         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
2905         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
2906
2907         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2908         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2909         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2910         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2911         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
2912         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
2913         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2914         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2915         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2916                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2917                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2918                 /*
2919                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2920                  * would have deserved interactive weight raising, but
2921                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2922                  * because of this early merge. Store directly the
2923                  * weight-raising state that would have been assigned
2924                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2925                  * to enjoy weight raising if split soon.
2926                  */
2927                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2928                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2929                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2930                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2931         } else {
2932                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2933                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2934                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2935                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
2936                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2937                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2938         }
2939 }
2940
2941
2942 static void
2943 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2944 {
2945         if (cur_bfqq->entity.parent &&
2946             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
2947                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
2948         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
2949                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
2950 }
2951
2952 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2953 {
2954         /*
2955          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2956          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2957          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2958          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2959          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2960          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2961          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2962          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2963          * never happen.
2964          */
2965         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2966             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2967                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2968
2969         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
2970
2971         bfq_put_queue(bfqq);
2972 }
2973
2974 static void
2975 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2976                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2977 {
2978         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2979                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2980         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2981         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2982         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2983         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2984                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2985         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2986
2987         /*
2988          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
2989          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
2990          * waker, then assume that all these processes will be happy
2991          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
2992          * I/O.
2993          */
2994         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
2995             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
2996                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
2997                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2998
2999                 /*
3000                  * If the waker queue disappears, then
3001                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3002                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3003                  * bfq_check_waker for details.
3004                  */
3005                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3006                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3007
3008         }
3009
3010         /*
3011          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3012          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3013          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3014          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3015          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3016          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3017          * easy, thanks to the flag just_created.
3018          */
3019         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3020                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3021                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3022                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3023                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3024                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3025                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3026                         bfqd->wr_busy_queues++;
3027                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3028         }
3029
3030         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3031                 bfqq->wr_coeff = 1;
3032                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3033                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3034                         bfqd->wr_busy_queues--;
3035         }
3036
3037         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3038                      bfqd->wr_busy_queues);
3039
3040         /*
3041          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3042          */
3043         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3044         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3045         /*
3046          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3047          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3048          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3049          *   be set to NULL, or
3050          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3051          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3052          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3053          *   assignment causes no harm).
3054          */
3055         new_bfqq->bic = NULL;
3056         /*
3057          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3058          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3059          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3060          * because it reports a random pid between those of the associated
3061          * processes.
3062          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3063          * a pid in logging messages.
3064          */
3065         new_bfqq->pid = -1;
3066         bfqq->bic = NULL;
3067
3068         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3069
3070         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3071 }
3072
3073 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3074                                 struct bio *bio)
3075 {
3076         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3077         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3078         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3079
3080         /*
3081          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3082          */
3083         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3084                 return false;
3085
3086         /*
3087          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3088          * merge only if rq is queued there.
3089          */
3090         if (!bfqq)
3091                 return false;
3092
3093         /*
3094          * We take advantage of this function to perform an early merge
3095          * of the queues of possible cooperating processes.
3096          */
3097         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3098         if (new_bfqq) {
3099                 /*
3100                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3101                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3102                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3103                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3104                  * and bfqq can be put.
3105                  */
3106                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3107                                 new_bfqq);
3108                 /*
3109                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3110                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3111                  * merged.
3112                  */
3113                 bfqq = new_bfqq;
3114
3115                 /*
3116                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3117                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3118                  * this function may be invoked again (and then may
3119                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3120                  */
3121                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3122         }
3123
3124         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3125 }
3126
3127 /*
3128  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3129  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3130  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3131  * processes.
3132  */
3133 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3134                                    struct bfq_queue *bfqq)
3135 {
3136         unsigned int timeout_coeff;
3137
3138         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3139                 timeout_coeff = 1;
3140         else
3141                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3142
3143         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3144
3145         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3146                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3147 }
3148
3149 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3150                                        struct bfq_queue *bfqq)
3151 {
3152         if (bfqq) {
3153                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3154
3155                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3156
3157                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3158                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3159                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3160                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3161                         /*
3162                          * For soft real-time queues, move the start
3163                          * of the weight-raising period forward by the
3164                          * time the queue has not received any
3165                          * service. Otherwise, a relatively long
3166                          * service delay is likely to cause the
3167                          * weight-raising period of the queue to end,
3168                          * because of the short duration of the
3169                          * weight-raising period of a soft real-time
3170                          * queue.  It is worth noting that this move
3171                          * is not so dangerous for the other queues,
3172                          * because soft real-time queues are not
3173                          * greedy.
3174                          *
3175                          * To not add a further variable, we use the
3176                          * overloaded field budget_timeout to
3177                          * determine for how long the queue has not
3178                          * received service, i.e., how much time has
3179                          * elapsed since the queue expired. However,
3180                          * this is a little imprecise, because
3181                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3182                          * not only expires, but also remains with no
3183                          * request.
3184                          */
3185                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3186                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3187                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3188                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3189                         else
3190                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3191                 }
3192
3193                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3194                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3195                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3196                              bfqq->entity.budget);
3197         }
3198
3199         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3200         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3201 }
3202
3203 /*
3204  * Get and set a new queue for service.
3205  */
3206 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3207 {
3208         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3209
3210         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3211         return bfqq;
3212 }
3213
3214 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3215 {
3216         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3217         u32 sl;
3218
3219         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3220
3221         /*
3222          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3223          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3224          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3225          */
3226         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3227         /*
3228          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3229          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3230          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3231          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3232          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3233          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3234          * needed if the queue has a higher weight than some other
3235          * queue).
3236          */
3237         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3238             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3239                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3240         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3241                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3242
3243         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3244         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3245
3246         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3247                       HRTIMER_MODE_REL);
3248         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3249 }
3250
3251 /*
3252  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3253  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3254  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3255  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3256  * this maximises throughput with sequential workloads.
3257  */
3258 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3259 {
3260         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3261                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3262 }
3263
3264 /*
3265  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3266  * function of the estimated peak rate. See comments on
3267  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3268  */
3269 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3270 {
3271         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3272                 bfqd->bfq_max_budget =
3273                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3274                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3275         }
3276 }
3277
3278 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3279                                        struct request *rq)
3280 {
3281         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3282                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3283                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3284                 bfqd->sequential_samples = 0;
3285                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3286                         blk_rq_sectors(rq);
3287         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3288                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3289
3290         bfq_log(bfqd,
3291                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3292                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3293                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3294 }
3295
3296 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3297 {
3298         u32 rate, weight, divisor;
3299
3300         /*
3301          * For the convergence property to hold (see comments on
3302          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3303          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3304          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3305          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3306          * for a new evaluation attempt.
3307          */
3308         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3309             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3310                 goto reset_computation;
3311
3312         /*
3313          * If a new request completion has occurred after last
3314          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3315          * have been served by the device, it is more precise to
3316          * extend the observation interval to the last completion.
3317          */
3318         bfqd->delta_from_first =
3319                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3320                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3321
3322         /*
3323          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3324          * precision issues.
3325          */
3326         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3327                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3328
3329         /*
3330          * Peak rate not updated if:
3331          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3332          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3333          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3334          */
3335         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3336              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3337                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3338                 goto reset_computation;
3339
3340         /*
3341          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3342          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3343          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3344          * measured rate.
3345          *
3346          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3347          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3348          * and to how long the observation time interval is.
3349          *
3350          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3351          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3352          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3353          * the measured rate contributes for half of the next value of
3354          * the estimated peak rate.
3355          *
3356          * So, the first step is to compute the weight as a function
3357          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3358          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3359          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3360          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3361          * incremented for the first sample.
3362          */
3363         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3364
3365         /*
3366          * Second step: further refine the weight as a function of the
3367          * duration of the observation interval.
3368          */
3369         weight = min_t(u32, 8,
3370                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3371                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3372
3373         /*
3374          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3375          * maximum weight.
3376          */
3377         divisor = 10 - weight;
3378
3379         /*
3380          * Finally, update peak rate:
3381          *
3382          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3383          */
3384         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3385         bfqd->peak_rate /= divisor;
3386         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3387
3388         bfqd->peak_rate += rate;
3389
3390         /*
3391          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3392          * the minimum representable values reported in the comments
3393          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3394          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3395          * divisor.
3396          */
3397         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3398
3399         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3400
3401 reset_computation:
3402         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3403 }
3404
3405 /*
3406  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3407  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3408  *
3409  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3410  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3411  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3412  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3413  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3414  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3415  * by the device.
3416  *
3417  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3418  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3419  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3420  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3421  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3422  * unknown, namely in-device request service rate.
3423  *
3424  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3425  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3426  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3427  * same requests are then served. But, since the size of any
3428  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3429  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3430  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3431  * closer and closer to the number of requests completed as the
3432  * observation interval grows. This is the key property used in
3433  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3434  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3435  * on every request dispatch.
3436  */
3437 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3438 {
3439         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3440
3441         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3442                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3443                         bfqd->peak_rate_samples);
3444                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3445                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3446         }
3447
3448         /*
3449          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3450          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3451          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3452          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3453          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3454          * taken:
3455          * - close the observation interval at the last (previous)
3456          *   request dispatch or completion
3457          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3458          * - start a new observation interval with this dispatch
3459          */
3460         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3461             bfqd->rq_in_driver == 0)
3462                 goto update_rate_and_reset;
3463
3464         /* Update sampling information */
3465         bfqd->peak_rate_samples++;
3466
3467         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3468                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3469             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3470                 bfqd->sequential_samples++;
3471
3472         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3473
3474         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3475         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3476                 bfqd->last_rq_max_size =
3477                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3478         else
3479                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3480
3481         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3482
3483         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3484         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3485                 goto update_last_values;
3486
3487 update_rate_and_reset:
3488         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3489 update_last_values:
3490         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3491         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3492                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3493         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3494 }
3495
3496 /*
3497  * Remove request from internal lists.
3498  */
3499 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3500 {
3501         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3502
3503         /*
3504          * For consistency, the next instruction should have been
3505          * executed after removing the request from the queue and
3506          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3507          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3508          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3509          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3510          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3511          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3512          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3513          * happens to be taken into account.
3514          */
3515         bfqq->dispatched++;
3516         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3517
3518         bfq_remove_request(q, rq);
3519 }
3520
3521 /*
3522  * There is a case where idling does not have to be performed for
3523  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3524  * the process associated with bfqq.
3525  *
3526  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3527  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3528  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3529  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3530  * actual request service order. In particular, the critical
3531  * situation is when requests from different processes happen
3532  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3533  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3534  * the service order of the internally-queued requests, does
3535  * determine also the actual throughput distribution among
3536  * these processes. But the drive typically has no notion or
3537  * concern about per-process throughput distribution, and
3538  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3539  * the service distribution enforced by the drive's internal
3540  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3541  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3542  * skewed scenario where:
3543  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3544  *       the others,
3545  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3546  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3547  *       throughput than any of the other processes;
3548  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3549  *       terms of locality (sequential or random), direction
3550  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3551  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3552
3553  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3554  * of each process in about the same way as the requests of the
3555  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3556  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3557  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3558  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3559  * bfqq.
3560  *
3561  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3562  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3563  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3564  * (see [1] for details).
3565  *
3566  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3567  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3568  * example is sync random I/O on flash storage with command
3569  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3570  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3571  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3572  * service guarantees.
3573  *
3574  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3575  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3576  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3577  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3578  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3579  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3580  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3581  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3582  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3583  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3584  * some request already dispatched but still waiting for
3585  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3586  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3587  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3588  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3589  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3590  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3591  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3592  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3593  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3594  * bi-modal behavior, implemented in the function
3595  * bfq_asymmetric_scenario().
3596  *
3597  * If there are groups with requests waiting for completion
3598  * (as commented above, some of these groups may even be
3599  * already inactive), then the scenario is tagged as
3600  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3601  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3602  * This behavior matches also the fact that groups are created
3603  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3604  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3605  *
3606  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3607  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3608  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3609  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3610  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3611  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3612  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3613  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3614  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3615  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3616  * have the same weight.
3617  *
3618  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3619  * risk of getting less throughput than its fair share.
3620  * However, for queues with the same weight, a further
3621  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3622  * problem. And it does so without consequences on overall
3623  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3624  * in the next three paragraphs.
3625  *
3626  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3627  * can still preempt the new in-service queue if the next
3628  * request of Q arrives soon (see the comments on
3629  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3630  * groups have the same weight, this form of preemption,
3631  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3632  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3633  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3634  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3635  * idling allows the internal queues of the device to contain
3636  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3637  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3638  * minimum of mid-term fairness.
3639  *
3640  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3641  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3642  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3643  * that there are two queues with the same weight, but that
3644  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3645  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3646  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3647  * most one request at a time, which implies that each queue
3648  * always remains idle after it is served. Finally, after
3649  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3650  * request. It follows that the two queues are served
3651  * alternatively, preempting each other if needed. This
3652  * implies that, although both queues have the same weight,
3653  * the queue with large requests receives a service that is
3654  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3655  * queue.
3656  *
3657  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3658  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3659  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3660  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3661  * there is no active group, then the primary expectation for
3662  * this device is probably a high throughput.
3663  *
3664  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3665  * additional compound condition that is checked below for deciding
3666  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3667  * sub-condition, we need to add that the function
3668  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3669  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3670  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3671  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3672  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3673  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3674  * requests waiting for completion happen to be
3675  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3676  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3677  * weight raising.
3678  *
3679  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3680  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3681  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3682  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3683  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3684  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3685  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3686  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3687  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3688  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3689  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3690  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3691  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3692  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3693  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3694  * lose because of this delay.
3695  *
3696  * As a side note, it is worth considering that the above
3697  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3698  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3699  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3700  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3701  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3702  * may become impossible to make requests be served in the desired
3703  * order until all the requests already queued in the device have been
3704  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3705  * this problem for weight-raised queues.
3706  *
3707  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3708  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3709  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3710  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3711  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3712  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3713  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3714  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3715  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3716  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3717  * be served. In particular, event (2) may case even already
3718  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3719  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3720  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3721  */
3722 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3723                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3724 {
3725         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3726
3727         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3728         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3729                 return false;
3730
3731         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3732                 (bfqd->wr_busy_queues <
3733                  tot_busy_queues ||
3734                  bfqd->rq_in_driver >=
3735                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3736                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3737                 tot_busy_queues == 1;
3738 }
3739
3740 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3741                               enum bfqq_expiration reason)
3742 {
3743         /*
3744          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3745          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3746          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3747          * break the queues apart again.
3748          */
3749         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3750                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3751
3752         /*
3753          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3754          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3755          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3756          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3757          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3758          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3759          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3760          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3761          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3762          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3763          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3764          */
3765         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3766             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3767               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3768                 if (bfqq->dispatched == 0)
3769                         /*
3770                          * Overloading budget_timeout field to store
3771                          * the time at which the queue remains with no
3772                          * backlog and no outstanding request; used by
3773                          * the weight-raising mechanism.
3774                          */
3775                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3776
3777                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3778         } else {
3779                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3780                 /*
3781                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3782                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3783                  */
3784                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3785                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3786                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3787         }
3788
3789         /*
3790          * All in-service entities must have been properly deactivated
3791          * or requeued before executing the next function, which
3792          * resets all in-service entities as no more in service. This
3793          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3794          * function returns true.
3795          */
3796         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3797 }
3798
3799 /**
3800  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3801  * @bfqd: device data.
3802  * @bfqq: queue to update.
3803  * @reason: reason for expiration.
3804  *
3805  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3806  * See the body for detailed comments.
3807  */
3808 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3809                                      struct bfq_queue *bfqq,
3810                                      enum bfqq_expiration reason)
3811 {
3812         struct request *next_rq;
3813         int budget, min_budget;
3814
3815         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3816
3817         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3818                 budget = bfqq->max_budget;
3819         else /*
3820               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3821               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3822               * than the minimum possible budget, to cause a little
3823               * bit fewer expirations.
3824               */
3825                 budget = 2 * min_budget;
3826
3827         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3828                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3829         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3830                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3831         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3832                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3833
3834         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3835                 switch (reason) {
3836                 /*
3837                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3838                  * for throughput.
3839                  */
3840                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3841                         /*
3842                          * This is the only case where we may reduce
3843                          * the budget: if there is no request of the
3844                          * process still waiting for completion, then
3845                          * we assume (tentatively) that the timer has
3846                          * expired because the batch of requests of
3847                          * the process could have been served with a
3848                          * smaller budget.  Hence, betting that
3849                          * process will behave in the same way when it
3850                          * becomes backlogged again, we reduce its
3851                          * next budget.  As long as we guess right,
3852                          * this budget cut reduces the latency
3853                          * experienced by the process.
3854                          *
3855                          * However, if there are still outstanding
3856                          * requests, then the process may have not yet
3857                          * issued its next request just because it is
3858                          * still waiting for the completion of some of
3859                          * the still outstanding ones.  So in this
3860                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3861                          * contrary we increase it to possibly boost
3862                          * the throughput, as discussed in the
3863                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3864                          */
3865                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3866                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3867                         else {
3868                                 if (budget > 5 * min_budget)
3869                                         budget -= 4 * min_budget;
3870                                 else
3871                                         budget = min_budget;
3872                         }
3873                         break;
3874                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3875                         /*
3876                          * We double the budget here because it gives
3877                          * the chance to boost the throughput if this
3878                          * is not a seeky process (and has bumped into
3879                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3880                          */
3881                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3882                         break;
3883                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3884                         /*
3885                          * The process still has backlog, and did not
3886                          * let either the budget timeout or the disk
3887                          * idling timeout expire. Hence it is not
3888                          * seeky, has a short thinktime and may be
3889                          * happy with a higher budget too. So
3890                          * definitely increase the budget of this good
3891                          * candidate to boost the disk throughput.
3892                          */
3893                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3894                         break;
3895                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3896                         /*
3897                          * For queues that expire for this reason, it
3898                          * is particularly important to keep the
3899                          * budget close to the actual service they
3900                          * need. Doing so reduces the timestamp
3901                          * misalignment problem described in the
3902                          * comments in the body of
3903                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3904                          * that a queue systematically expires for
3905                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3906                          * new request in time to enjoy timestamp
3907                          * back-shifting. The larger the budget of the
3908                          * queue is with respect to the service the
3909                          * queue actually requests in each service
3910                          * slot, the more times the queue can be
3911                          * reactivated with the same virtual finish
3912                          * time. It follows that, even if this finish
3913                          * time is pushed to the system virtual time
3914                          * to reduce the consequent timestamp
3915                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3916                          * many re-activations a lower finish time
3917                          * than all newly activated queues.
3918                          *
3919                          * The service needed by bfqq is measured
3920                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3921                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3922                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3923                          * of sectors that the process associated with
3924                          * bfqq requested to read/write before waiting
3925                          * for request completions, or blocking for
3926                          * other reasons.
3927                          */
3928                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3929                         break;
3930                 default:
3931                         return;
3932                 }
3933         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3934                 /*
3935                  * Async queues get always the maximum possible
3936                  * budget, as for them we do not care about latency
3937                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3938                  * by the charging factor).
3939                  */
3940                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3941         }
3942
3943         bfqq->max_budget = budget;
3944
3945         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3946             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3947                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3948
3949         /*
3950          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3951          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3952          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3953          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3954          * update.
3955          *
3956          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3957          * it will be updated on the arrival of a new request.
3958          */
3959         next_rq = bfqq->next_rq;
3960         if (next_rq)
3961                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3962                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3963
3964         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3965                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3966                         bfqq->entity.budget);
3967 }
3968
3969 /*
3970  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3971  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3972  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3973  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3974  * on the function bfq_bfqq_expire().
3975  *
3976  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3977  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3978  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3979  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3980  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3981  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3982  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3983  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3984  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3985  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3986  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3987  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3988  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3989  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3990  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3991  * finishes.
3992  *
3993  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3994  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3995  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3996  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3997  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3998  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3999  */
4000 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4001                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4002                                  unsigned long *delta_ms)
4003 {
4004         ktime_t delta_ktime;
4005         u32 delta_usecs;
4006         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4007
4008         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4009                 return false;
4010
4011         if (compensate)
4012                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4013         else
4014                 delta_ktime = ktime_get();
4015         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4016         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4017
4018         /* don't use too short time intervals */
4019         if (delta_usecs < 1000) {
4020                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4021                          /*
4022                           * give same worst-case guarantees as idling
4023                           * for seeky
4024                           */
4025                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4026                 else /* charge at least one seek */
4027                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4028
4029                 return slow;
4030         }
4031
4032         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4033
4034         /*
4035          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4036          * spikes in service rate estimation.
4037          */
4038         if (delta_usecs > 20000) {
4039                 /*
4040                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4041                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4042                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4043                  * rate is likely to be an average over the disk
4044                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4045                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4046                  * its rate has been lower than half of the estimated
4047                  * peak rate.
4048                  */
4049                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4050         }
4051
4052         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4053
4054         return slow;
4055 }
4056
4057 /*
4058  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4059  * requirements. First, the application must not require an average
4060  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4061  * record a compressed high-definition video.
4062  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4063  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4064  * that, if the next request of the application does not arrive before
4065  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4066  *
4067  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4068  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4069  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4070  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4071  * and so on.
4072  * For this reason the next function is invoked to compute
4073  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4074  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4075  * not.
4076  *
4077  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4078  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4079  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4080  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4081  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4082  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4083  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4084  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4085  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4086  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4087  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4088  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4089  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4090  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4091  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4092  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4093  *
4094  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4095  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4096  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4097  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4098  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4099  *     the return value of this function with the current time plus
4100  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4101  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4102  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4103  *     real-time application spends some time processing data, after a
4104  *     batch of its requests has been completed.
4105  *
4106  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4107  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4108  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4109  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4110  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4111  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4112  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4113  *     time intervals are usually interspersed between other time
4114  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4115  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4116  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4117  *     function happen to be so high, near the end of any such
4118  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4119  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4120  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4121  *     this function. As a consequence, if the last value of
4122  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4123  *     next value that this function may return, then, from the very
4124  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4125  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4126  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4127  *     to soon for the application to be deemed as soft
4128  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4129  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4130  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4131  *
4132  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4133  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4134  * application, if the reference quantity was just
4135  * bfqd->bfq_slice_idle:
4136  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4137  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4138  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4139  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4140  *    is rather lower than the exact value.
4141  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4142  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4143  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4144  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4145  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4146  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4147  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4148  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4149  */
4150 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4151                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4152 {
4153         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4154                     bfqq->last_idle_bklogged +
4155                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4156                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4157                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4158 }
4159
4160 /**
4161  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4162  * @bfqd: device owning the queue.
4163  * @bfqq: the queue to expire.
4164  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4165  * @reason: the reason causing the expiration.
4166  *
4167  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4168  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4169  * in service instead of the service it has received (see
4170  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4171  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4172  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4173  * received more service than what it has actually received. In the
4174  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4175  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4176  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4177  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4178  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4179  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4180  *
4181  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4182  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4183  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4184  * guarantees among the latter.
4185  */
4186 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4187                      struct bfq_queue *bfqq,
4188                      bool compensate,
4189                      enum bfqq_expiration reason)
4190 {
4191         bool slow;
4192         unsigned long delta = 0;
4193         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4194
4195         /*
4196          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4197          */
4198         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4199
4200         /*
4201          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4202          * timed-out queues with the time and not the service
4203          * received, to favor sequential workloads.
4204          *
4205          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4206          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4207          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4208          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4209          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4210          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4211          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4212          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4213          * or quasi-sequential processes.
4214          */
4215         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4216             (slow ||
4217              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4218               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4219                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4220
4221         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4222                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4223
4224         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4225             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4226                 /*
4227                  * If we get here, and there are no outstanding
4228                  * requests, then the request pattern is isochronous
4229                  * (see the comments on the function
4230                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4231                  * compute soft_rt_next_start.
4232                  *
4233                  * If, instead, the queue still has outstanding
4234                  * requests, then we have to wait for the completion
4235                  * of all the outstanding requests to discover whether
4236                  * the request pattern is actually isochronous.
4237                  */
4238                 if (bfqq->dispatched == 0)
4239                         bfqq->soft_rt_next_start =
4240                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4241                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4242                         /*
4243                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4244                          * the task may be discovered to be isochronous.
4245                          */
4246                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4247                 }
4248         }
4249
4250         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4251                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4252                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4253
4254         /*
4255          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4256          * any longer: reset state machine for measuring total service
4257          * times.
4258          */
4259         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4260         bfqd->waited_rq = NULL;
4261
4262         /*
4263          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4264          * reason.
4265          */
4266         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4267         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4268                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4269                 return;
4270
4271         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4272         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4273             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4274             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4275                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4276                 /*
4277                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4278                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4279                  * service with this same budget (as if it never expired)
4280                  */
4281         } else
4282                 entity->service = 0;
4283
4284         /*
4285          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4286          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4287          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4288          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4289          * chance to go on being served using the last, partially
4290          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4291          * because if bfqq then actually goes on being served using
4292          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4293          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4294          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4295          * to keep entity->service for parent entities too, because
4296          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4297          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4298          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4299          * service with the same budget.
4300          */
4301         entity = entity->parent;
4302         for_each_entity(entity)
4303                 entity->service = 0;
4304 }
4305
4306 /*
4307  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4308  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4309  * idle timer expirations.
4310  */
4311 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4312 {
4313         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4314 }
4315
4316 /*
4317  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4318  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4319  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4320  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4321  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4322  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4323  */
4324 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4325 {
4326         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4327                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4328                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4329                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4330                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4331
4332         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4333                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4334                 &&
4335                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4336 }
4337
4338 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4339                                              struct bfq_queue *bfqq)
4340 {
4341         bool rot_without_queueing =
4342                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4343                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4344                 idling_boosts_thr;
4345
4346         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4347         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4348                 return false;
4349
4350         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4351                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4352
4353         /*
4354          * The next variable takes into account the cases where idling
4355          * boosts the throughput.
4356          *
4357          * The value of the variable is computed considering, first, that
4358          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4359          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4360          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4361          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4362          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4363          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4364          *     I/O-bound and sequential.
4365          *
4366          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4367          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4368          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4369          * the throughput in proportion to how fast the device
4370          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4371          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4372          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4373          * flash-based device.
4374          */
4375         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4376                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4377                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4378
4379         /*
4380          * The return value of this function is equal to that of
4381          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4382          * special case, described below, idling may cause problems to
4383          * weight-raised queues.
4384          *
4385          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4386          * of write hogs), if the processes associated with
4387          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4388          * then processes associated with weight-raised queues have a
4389          * higher probability to get a request from the pool
4390          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4391          * they have a higher probability to actually get a fraction
4392          * of the device throughput proportional to their high
4393          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4394          * which enqueue several requests in advance, and further
4395          * reorder internally-queued requests.
4396          *
4397          * For this reason, we force to false the return value if
4398          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4399          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4400          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4401          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4402          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4403          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4404          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4405          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4406          * requests from the request pool, before the busy
4407          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4408          * starvation problems in the presence of heavy write
4409          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4410          * application and system responsiveness in these hostile
4411          * scenarios.
4412          */
4413         return idling_boosts_thr &&
4414                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4415 }
4416
4417 /*
4418  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4419  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4420  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4421  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4422  * critical role as well.
4423  *
4424  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4425  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4426  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4427  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4428  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4429  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4430  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4431  * issue.
4432  *
4433  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4434  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4435  * functions providing the main pieces of information needed by this
4436  * function.
4437  */
4438 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4439 {
4440         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4441         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4442
4443         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4444         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4445                 return false;
4446
4447         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4448                 return true;
4449
4450         /*
4451          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4452          * do not idle if
4453          * (a) bfqq is async
4454          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4455          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4456          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4457          */
4458         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4459            bfq_class_idle(bfqq))
4460                 return false;
4461
4462         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4463                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4464
4465         idling_needed_for_service_guar =
4466                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4467
4468         /*
4469          * We have now the two components we need to compute the
4470          * return value of the function, which is true only if idling
4471          * either boosts the throughput (without issues), or is
4472          * necessary to preserve service guarantees.
4473          */
4474         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4475                 idling_needed_for_service_guar;
4476 }
4477
4478 /*
4479  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4480  * returns true, then:
4481  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4482  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4483  *    request for the queue.
4484  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4485  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4486  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4487  * returns true.
4488  */
4489 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4490 {
4491         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4492 }
4493
4494 /*
4495  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4496  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4497  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4498  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4499  * below.
4500  */
4501 static struct bfq_queue *
4502 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4503 {
4504         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4505         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4506         /*
4507          * If
4508          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4509          *   time-critical I/O,
4510          * or
4511          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4512          *   however a long think time, during which it can absorb the
4513          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4514          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4515          *   details on the computation of this number);
4516          * then injection can be performed without restrictions.
4517          */
4518         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4519                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4520
4521         /*
4522          * If
4523          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4524          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4525          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4526          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4527          *   significantly;
4528          * then temporarily raise inject limit to one request.
4529          */
4530         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4531             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4532             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4533                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4534                 )
4535                 limit = 1;
4536
4537         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4538                 return NULL;
4539
4540         /*
4541          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4542          * a high probability, very few steps are needed to find a
4543          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4544          * its next request. In fact:
4545          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4546          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4547          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4548          *   service, then the queue is removed from the active list
4549          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4550          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4551          */
4552         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4553                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4554                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4555                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4556                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4557                         /*
4558                          * Allow for only one large in-flight request
4559                          * on non-rotational devices, for the
4560                          * following reason. On non-rotationl drives,
4561                          * large requests take much longer than
4562                          * smaller requests to be served. In addition,
4563                          * the drive prefers to serve large requests
4564                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4565                          * having more than one large requests queued
4566                          * in the drive may easily make the next first
4567                          * request of the in-service queue wait for so
4568                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4569                          * the bright side, large requests let the
4570                          * drive reach a very high throughput, even if
4571                          * there is only one in-flight large request
4572                          * at a time.
4573                          */
4574                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4575                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4576                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4577                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4578                         else
4579                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4580
4581                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4582                                 bfqd->rqs_injected = true;
4583                                 return bfqq;
4584                         }
4585                 }
4586
4587         return NULL;
4588 }
4589
4590 /*
4591  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4592  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4593  */
4594 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4595 {
4596         struct bfq_queue *bfqq;
4597         struct request *next_rq;
4598         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4599
4600         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4601         if (!bfqq)
4602                 goto new_queue;
4603
4604         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4605
4606         /*
4607          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4608          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4609          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4610          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4611          * bfq_completed_request().
4612          */
4613         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4614             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4615                 goto expire;
4616
4617 check_queue:
4618         /*
4619          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4620          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4621          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4622          * request served.
4623          */
4624         next_rq = bfqq->next_rq;
4625         /*
4626          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4627          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4628          */
4629         if (next_rq) {
4630                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4631                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4632                         /*
4633                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4634                          * which makes sure that the next budget is
4635                          * enough to serve the next request, even if
4636                          * it comes from the fifo expired path.
4637                          */
4638                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4639                         goto expire;
4640                 } else {
4641                         /*
4642                          * The idle timer may be pending because we may
4643                          * not disable disk idling even when a new request
4644                          * arrives.
4645                          */
4646                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4647                                 /*
4648                                  * If we get here: 1) at least a new request
4649                                  * has arrived but we have not disabled the
4650                                  * timer because the request was too small,
4651                                  * 2) then the block layer has unplugged
4652                                  * the device, causing the dispatch to be
4653                                  * invoked.
4654                                  *
4655                                  * Since the device is unplugged, now the
4656                                  * requests are probably large enough to
4657                                  * provide a reasonable throughput.
4658                                  * So we disable idling.
4659                                  */
4660                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4661                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4662                         }
4663                         goto keep_queue;
4664                 }
4665         }
4666
4667         /*
4668          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4669          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4670          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4671          *
4672          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4673          * throughput and is possible.
4674          */
4675         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4676             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4677                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4678                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4679                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4680                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4681                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4682                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4683                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4684                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4685                                      struct bfq_queue,
4686                                      woken_list_node)
4687                         : NULL;
4688
4689                 /*
4690                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4691                  * whether to try injection, and choose the queue to
4692                  * pick an I/O request from.
4693                  *
4694                  * The first if checks whether the process associated
4695                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4696                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4697                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4698                  * process. On the contrary, it can only increase
4699                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4700                  *
4701                  * The second if checks whether there happens to be a
4702                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4703                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4704                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4705                  * a process that does some sync. A sync generates
4706                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4707                  * the process associated with bfqq can go on with its
4708                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4709                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4710                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4711                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4712                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4713                  * throughput. The best action to take is therefore to
4714                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4715                  * (without relying on the third alternative below for
4716                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4717                  * paragraph for further details). This systematic
4718                  * injection of I/O from the waker queue does not
4719                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4720                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4721                  * for it is not blocked for milliseconds.
4722                  *
4723                  * The third if checks whether there is a queue woken
4724                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4725                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4726                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4727                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4728                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4729                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4730                  *
4731                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4732                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4733                  * bfqq delivers more throughput when served without
4734                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4735                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4736                  * count more than overall throughput, and may be
4737                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4738                  * has a short think time). If none of these
4739                  * conditions holds, then a candidate queue for
4740                  * injection is looked for through
4741                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4742                  * latter may return NULL (for example if the inject
4743                  * limit for bfqq is currently 0).
4744                  *
4745                  * NOTE: motivation for the second alternative
4746                  *
4747                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4748                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4749                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4750                  * waker queue has pending I/O requests that are
4751                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4752                  * above lets the waker queue get served before the
4753                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4754                  * second alternative superfluous. It is not, because
4755                  * the fourth alternative may be way less effective in
4756                  * case of a synchronization. For two main
4757                  * reasons. First, throughput may be low because the
4758                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4759                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4760                  * other queues, that the second alternative
4761                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4762                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4763                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4764                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4765                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4766                  * may not be minimized, because the waker queue may
4767                  * happen to be served only after other queues.
4768                  */
4769                 if (async_bfqq &&
4770                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4771                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4772                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4773                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4774                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4775                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4776                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4777                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4778                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4779                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4780                         )
4781                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4782                 else if (blocked_bfqq &&
4783                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4784                            blocked_bfqq->next_rq &&
4785                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4786                                               blocked_bfqq) <=
4787                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4788                         )
4789                         bfqq = blocked_bfqq;
4790                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4791                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4792                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4793                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4794                 else
4795                         bfqq = NULL;
4796
4797                 goto keep_queue;
4798         }
4799
4800         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4801 expire:
4802         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4803 new_queue:
4804         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4805         if (bfqq) {
4806                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4807                 goto check_queue;
4808         }
4809 keep_queue:
4810         if (bfqq)
4811                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4812         else
4813                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4814
4815         return bfqq;
4816 }
4817
4818 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4819 {
4820         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4821
4822         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4823                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4824                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4825                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4826                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4827                         bfqq->wr_coeff,
4828                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4829
4830                 if (entity->prio_changed)
4831                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4832
4833                 /*
4834                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4835                  * time has elapsed from the beginning of this
4836                  * weight-raising period, then end weight raising.
4837                  */
4838                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4839                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4840                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4841                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4842                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4843                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4844                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4845                                 /*
4846                                  * Either in interactive weight
4847                                  * raising, or in soft_rt weight
4848                                  * raising with the
4849                                  * interactive-weight-raising period
4850                                  * elapsed (so no switch back to
4851                                  * interactive weight raising).
4852                                  */
4853                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4854                         } else { /*
4855                                   * soft_rt finishing while still in
4856                                   * interactive period, switch back to
4857                                   * interactive weight raising
4858                                   */
4859                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4860                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4861                         }
4862                 }
4863                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4864                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4865                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4866                         /* see comments on max_service_from_wr */
4867                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4868                 }
4869         }
4870         /*
4871          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4872          * update weight both if it must be raised and if it must be
4873          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4874          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4875          * next function with the last parameter unset (see the
4876          * comments on the function).
4877          */
4878         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4879                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4880                                                 entity, false);
4881 }
4882
4883 /*
4884  * Dispatch next request from bfqq.
4885  */
4886 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4887                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4888 {
4889         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4890         unsigned long service_to_charge;
4891
4892         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4893
4894         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4895
4896         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4897                 bfqd->wait_dispatch = false;
4898                 bfqd->waited_rq = rq;
4899         }
4900
4901         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4902
4903         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4904                 goto return_rq;
4905
4906         /*
4907          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4908          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4909          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4910          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4911          * weight-raised during this service slot, even if it has
4912          * received part or even most of the service as a
4913          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4914          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4915          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4916          */
4917         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4918
4919         /*
4920          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4921          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4922          * service.
4923          */
4924         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4925                 goto return_rq;
4926
4927         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4928
4929 return_rq:
4930         return rq;
4931 }
4932
4933 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4934 {
4935         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4936
4937         /*
4938          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4939          * most a call to dispatch for nothing
4940          */
4941         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4942                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4943 }
4944
4945 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4946 {
4947         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4948         struct request *rq = NULL;
4949         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4950
4951         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4952                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4953                                       queuelist);
4954                 list_del_init(&rq->queuelist);
4955
4956                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4957
4958                 if (bfqq) {
4959                         /*
4960                          * Increment counters here, because this
4961                          * dispatch does not follow the standard
4962                          * dispatch flow (where counters are
4963                          * incremented)
4964                          */
4965                         bfqq->dispatched++;
4966
4967                         goto inc_in_driver_start_rq;
4968                 }
4969
4970                 /*
4971                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4972                  * decrement rq_in_driver, but
4973                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4974                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4975                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4976                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4977                  * lower than it should be while this request is in
4978                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4979                  * invoked uselessly.
4980                  *
4981                  * As for implementing an exact solution, the
4982                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4983                  * probably invoked also on this request. So, by
4984                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4985                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4986                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4987                  * let the value of the counter be always accurate,
4988                  * but it would entail using an extra interface
4989                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4990                  * being the frequency of non-elevator-private
4991                  * requests very low.
4992                  */
4993                 goto start_rq;
4994         }
4995
4996         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4997                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4998
4999         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5000                 goto exit;
5001
5002         /*
5003          * Force device to serve one request at a time if
5004          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5005          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5006          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5007          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5008          * some unlucky request wait for as long as the device
5009          * wishes.
5010          *
5011          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5012          * throughput.
5013          */
5014         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5015                 goto exit;
5016
5017         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5018         if (!bfqq)
5019                 goto exit;
5020
5021         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5022
5023         if (rq) {
5024 inc_in_driver_start_rq:
5025                 bfqd->rq_in_driver++;
5026 start_rq:
5027                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5028         }
5029 exit:
5030         return rq;
5031 }
5032
5033 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5034 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5035                                       struct request *rq,
5036                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5037                                       bool idle_timer_disabled)
5038 {
5039         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5040
5041         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5042                 return;
5043
5044         /*
5045          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5046          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5047          * dispatched to the device, and then can be completed and
5048          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5049          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5050          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5051          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5052          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5053          *
5054          * In addition, the following queue lock guarantees that
5055          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5056          */
5057         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5058         if (idle_timer_disabled)
5059                 /*
5060                  * Since the idle timer has been disabled,
5061                  * in_serv_queue contained some request when
5062                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5063                  * implies that rq was picked exactly from
5064                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5065                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5066                  * arguments.
5067                  */
5068                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5069         if (bfqq) {
5070                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5071
5072                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5073                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5074                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5075         }
5076         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5077 }
5078 #else
5079 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5080                                              struct request *rq,
5081                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5082                                              bool idle_timer_disabled) {}
5083 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
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;
5089         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5090         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5091
5092         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5093
5094         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5095         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5096
5097         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5098         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5099                 idle_timer_disabled =
5100                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5101         }
5102
5103         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5104         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5105                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5106                                 idle_timer_disabled);
5107
5108         return rq;
5109 }
5110
5111 /*
5112  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5113  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5114  *
5115  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5116  * this function on it.
5117  */
5118 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5119 {
5120         struct bfq_queue *item;
5121         struct hlist_node *n;
5122         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5123
5124         if (bfqq->bfqd)
5125                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
5126                              bfqq, bfqq->ref);
5127
5128         bfqq->ref--;
5129         if (bfqq->ref)
5130                 return;
5131
5132         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5133                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5134                 /*
5135                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5136                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5137                  * does not contribute to the burst any longer. This
5138                  * decrement helps filter out false positives of large
5139                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5140                  * the execution of commands by some service) happens
5141                  * to start and exit while a complex application is
5142                  * starting, and thus spawning several processes that
5143                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5144                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5145                  *
5146                  * In particular, the decrement is performed only if:
5147                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5148                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5149                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5150                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5151                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5152                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5153                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5154                  * the current burst list--without incrementing
5155                  * bust_size--because of a split, but the current
5156                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5157                  * (see comments on the case of a split in
5158                  * bfq_set_request).
5159                  */
5160                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5161                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5162         }
5163
5164         /*
5165          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5166          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5167          * must be removed from the woken list of its possible waker
5168          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5169          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5170          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5171          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5172          * particular, this happens when the last process associated
5173          * with bfqq exits or gets associated with a different
5174          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5175          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5176          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5177          * way to handle all cases.
5178          */
5179         /* remove bfqq from woken list */
5180         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5181                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5182
5183         /* reset waker for all queues in woken list */
5184         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5185                                   woken_list_node) {
5186                 item->waker_bfqq = NULL;
5187                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5188         }
5189
5190         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5191                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5192
5193         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5194         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5195 }
5196
5197 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5198 {
5199         bfqq->stable_ref--;
5200         bfq_put_queue(bfqq);
5201 }
5202
5203 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5204 {
5205         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5206
5207         /*
5208          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5209          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5210          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5211          */
5212         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5213         while (__bfqq) {
5214                 if (__bfqq == bfqq)
5215                         break;
5216                 next = __bfqq->new_bfqq;
5217                 bfq_put_queue(__bfqq);
5218                 __bfqq = next;
5219         }
5220 }
5221
5222 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5223 {
5224         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5225                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5226                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5227         }
5228
5229         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5230
5231         bfq_put_cooperator(bfqq);
5232
5233         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5234 }
5235
5236 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5237 {
5238         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5239         struct bfq_data *bfqd;
5240
5241         if (bfqq)
5242                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5243
5244         if (bfqq && bfqd) {
5245                 unsigned long flags;
5246
5247                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5248                 bfqq->bic = NULL;
5249                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5250                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5251                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5252         }
5253 }
5254
5255 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5256 {
5257         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5258
5259         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5260                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5261
5262                 /*
5263                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5264                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5265                  */
5266                 if (bfqd) {
5267                         unsigned long flags;
5268
5269                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5270                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5271                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5272                 } else {
5273                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5274                 }
5275         }
5276
5277         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5278         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5279 }
5280
5281 /*
5282  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5283  * be used until the next (re)activation.
5284  */
5285 static void
5286 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5287 {
5288         struct task_struct *tsk = current;
5289         int ioprio_class;
5290         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5291
5292         if (!bfqd)
5293                 return;
5294
5295         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5296         switch (ioprio_class) {
5297         default:
5298                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5299                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5300                         ioprio_class);
5301                 fallthrough;
5302         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5303                 /*
5304                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5305                  */
5306                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5307                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5308                 break;
5309         case IOPRIO_CLASS_RT:
5310                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5311                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5312                 break;
5313         case IOPRIO_CLASS_BE:
5314                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5315                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5316                 break;
5317         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5318                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5319                 bfqq->new_ioprio = 7;
5320                 break;
5321         }
5322
5323         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5324                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5325                         bfqq->new_ioprio);
5326                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5327         }
5328
5329         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5330         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5331                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5332         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5333 }
5334
5335 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5336                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5337                                        struct bfq_io_cq *bic,
5338                                        bool respawn);
5339
5340 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5341 {
5342         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5343         struct bfq_queue *bfqq;
5344         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5345
5346         /*
5347          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5348          * drop the lock before returning.
5349          */
5350         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5351                 return;
5352
5353         bic->ioprio = ioprio;
5354
5355         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5356         if (bfqq) {
5357                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5358                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic, true);
5359                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5360         }
5361
5362         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5363         if (bfqq)
5364                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5365 }
5366
5367 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5368                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5369 {
5370         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5371
5372         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5373         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5374         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5375         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5376         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5377
5378         bfqq->ref = 0;
5379         bfqq->bfqd = bfqd;
5380
5381         if (bic)
5382                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5383
5384         if (is_sync) {
5385                 /*
5386                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5387                  * idle_class, because no device idling is performed
5388                  * for queues in idle class
5389                  */
5390                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5391                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5392                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5393                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5394                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5395         } else
5396                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5397
5398         /* set end request to minus infinity from now */
5399         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5400
5401         bfqq->creation_time = jiffies;
5402
5403         bfqq->io_start_time = now_ns;
5404
5405         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5406
5407         bfqq->pid = pid;
5408
5409         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5410         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5411         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5412
5413         bfqq->wr_coeff = 1;
5414         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5415         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5416         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5417
5418         /*
5419          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5420          * process/queue in the recent past,
5421          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5422          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5423          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5424          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5425          * no bandwidth so far.
5426          */
5427         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5428
5429         /* first request is almost certainly seeky */
5430         bfqq->seek_history = 1;
5431 }
5432
5433 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5434                                                struct bfq_group *bfqg,
5435                                                int ioprio_class, int ioprio)
5436 {
5437         switch (ioprio_class) {
5438         case IOPRIO_CLASS_RT:
5439                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5440         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5441                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5442                 fallthrough;
5443         case IOPRIO_CLASS_BE:
5444                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5445         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5446                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5447         default:
5448                 return NULL;
5449         }
5450 }
5451
5452 static struct bfq_queue *
5453 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5454                           struct bfq_io_cq *bic,
5455                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5456 {
5457         struct bfq_queue *new_bfqq =
5458                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5459
5460         if (!new_bfqq)
5461                 return bfqq;
5462
5463         if (new_bfqq->bic)
5464                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5465         bic->stably_merged = true;
5466
5467         /*
5468          * Reusing merge functions. This implies that
5469          * bfqq->bic must be set too, for
5470          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5471          * state before killing it.
5472          */
5473         bfqq->bic = bic;
5474         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5475
5476         return new_bfqq;
5477 }
5478
5479 /*
5480  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5481  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5482  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5483  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5484  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5485  * remains temporarily empty.
5486  *
5487  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5488  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5489  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5490  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5491  * basing on the following two facts.
5492  *
5493  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5494  * contribute to the execution/completion of that common application
5495  * or task. So the performance figures that matter are total
5496  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5497  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5498  * of individual bandwidth or latency.
5499  *
5500  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5501  *
5502  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5503  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5504  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5505  * involved processes are.
5506  *
5507  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5508  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5509  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5510  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5511  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5512  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5513  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5514  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5515  *
5516  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5517  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5518  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5519  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5520  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5521  *
5522  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5523  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5524  */
5525 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5526                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5527                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5528 {
5529         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5530                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5531                 &bfqd->last_bfqq_created;
5532
5533         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5534
5535         /*
5536          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5537          * it has been set already, but too long ago, then move it
5538          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5539          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5540          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5541          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5542          * schedule a delayed stable merge.
5543          *
5544          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5545          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5546          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5547          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5548          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5549          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5550          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5551          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5552          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5553          */
5554         if (!last_bfqq_created ||
5555             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5556                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5557                         bfqq->creation_time) ||
5558                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5559                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5560                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5561                 *source_bfqq = bfqq;
5562         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5563                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5564                                  bfqq->creation_time)) {
5565                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5566                         /*
5567                          * With this type of drive, leaving
5568                          * bfqq alone may provide no
5569                          * throughput benefits compared with
5570                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5571                          */
5572                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5573                                                          bic,
5574                                                          last_bfqq_created);
5575                 else { /* schedule tentative stable merge */
5576                         /*
5577                          * get reference on last_bfqq_created,
5578                          * to prevent it from being freed,
5579                          * until we decide whether to merge
5580                          */
5581                         last_bfqq_created->ref++;
5582                         /*
5583                          * need to keep track of stable refs, to
5584                          * compute process refs correctly
5585                          */
5586                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5587                         /*
5588                          * Record the bfqq to merge to.
5589                          */
5590                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5591                 }
5592         }
5593
5594         return bfqq;
5595 }
5596
5597
5598 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5599                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5600                                        struct bfq_io_cq *bic,
5601                                        bool respawn)
5602 {
5603         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5604         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5605         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5606         struct bfq_queue *bfqq;
5607         struct bfq_group *bfqg;
5608
5609         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5610         if (!is_sync) {
5611                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5612                                                   ioprio);
5613                 bfqq = *async_bfqq;
5614                 if (bfqq)
5615                         goto out;
5616         }
5617
5618         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5619                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5620                                      bfqd->queue->node);
5621
5622         if (bfqq) {
5623                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5624                               is_sync);
5625                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5626                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5627         } else {
5628                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5629                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5630                 goto out;
5631         }
5632
5633         /*
5634          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5635          * prune it.
5636          */
5637         if (async_bfqq) {
5638                 bfqq->ref++; /*
5639                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5640                               * queue. This extra reference is removed
5641                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5642                               * guarantee that this queue is not freed
5643                               * until its group goes away.
5644                               */
5645                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5646                              bfqq, bfqq->ref);
5647                 *async_bfqq = bfqq;
5648         }
5649
5650 out:
5651         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5652
5653         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5654                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5655         return bfqq;
5656 }
5657
5658 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5659                                     struct bfq_queue *bfqq)
5660 {
5661         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5662         u64 elapsed;
5663
5664         /*
5665          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5666          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5667          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5668          */
5669         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5670                 return;
5671         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5672         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5673
5674         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5675         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5676         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5677                                      ttime->ttime_samples);
5678 }
5679
5680 static void
5681 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5682                        struct request *rq)
5683 {
5684         bfqq->seek_history <<= 1;
5685         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5686
5687         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5688             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5689             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5690                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5691                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5692                         /*
5693                          * In soft_rt weight raising with the
5694                          * interactive-weight-raising period
5695                          * elapsed (so no switch back to
5696                          * interactive weight raising).
5697                          */
5698                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5699                 } else { /*
5700                           * stopping soft_rt weight raising
5701                           * while still in interactive period,
5702                           * switch back to interactive weight
5703                           * raising
5704                           */
5705                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5706                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5707                 }
5708         }
5709 }
5710
5711 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5712                                        struct bfq_queue *bfqq,
5713                                        struct bfq_io_cq *bic)
5714 {
5715         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5716
5717         /*
5718          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5719          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5720          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5721          */
5722         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5723             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5724                 return;
5725
5726         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5727         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5728                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5729                 return;
5730
5731         /* Think time is infinite if no process is linked to
5732          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5733          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5734          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5735          */
5736         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5737             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5738              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5739                 has_short_ttime = false;
5740
5741         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5742
5743         if (has_short_ttime)
5744                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5745         else
5746                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5747
5748         /*
5749          * Until the base value for the total service time gets
5750          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5751          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5752          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5753          * short or long (details in the comments in
5754          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5755          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5756          * has changed and the above base value is still to be
5757          * computed.
5758          *
5759          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5760          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5761          * (inclusive) if the change is from short to long think
5762          * time. The reason for this waiting is as follows.
5763          *
5764          * bfqq may have a long think time because of a
5765          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5766          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5767          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5768          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5769          *
5770          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5771          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5772          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5773          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5774          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5775          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5776          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5777          * and in a severe loss of total throughput.
5778          *
5779          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5780          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5781          * bfqq to receive new I/O soon.
5782          *
5783          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5784          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5785          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5786          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5787          * would cause the body of the next if to be executed
5788          * immediately. But this would set to 0 the inject
5789          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5790          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5791          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5792          * of such a steady oscillation between the two think-time
5793          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5794          *
5795          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5796          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5797          * think time samples can grow significantly before the reset
5798          * is performed. As a consequence, the think time state can
5799          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5800          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5801          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5802          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5803          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5804          *
5805          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5806          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5807          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5808          * (as explained in the comments in
5809          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5810          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5811          * an effective handling of a synchronization, through
5812          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5813          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5814          * brought forward, because it is not blocked for
5815          * milliseconds.
5816          *
5817          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5818          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5819          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5820          * waker queue is defined in the comments in
5821          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5822          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5823          * of the waker queue unconditionally on every
5824          * bfq_dispatch_request().
5825          *
5826          * One last, important benefit of not resetting the inject
5827          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5828          * base value for the total service time is likely to get
5829          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5830          * its relation with the think time.
5831          */
5832         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5833             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5834                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5835              !has_short_ttime))
5836                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5837 }
5838
5839 /*
5840  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5841  * something we should do about it.
5842  */
5843 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5844                             struct request *rq)
5845 {
5846         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5847                 bfqq->meta_pending++;
5848
5849         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5850
5851         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5852                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5853                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5854                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5855
5856                 /*
5857                  * There is just this request queued: if
5858                  * - the request is small, and
5859                  * - we are idling to boost throughput, and
5860                  * - the queue is not to be expired,
5861                  * then just exit.
5862                  *
5863                  * In this way, if the device is being idled to wait
5864                  * for a new request from the in-service queue, we
5865                  * avoid unplugging the device and committing the
5866                  * device to serve just a small request. In contrast
5867                  * we wait for the block layer to decide when to
5868                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5869                  * merged to this one quickly, then the device will be
5870                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5871                  */
5872                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5873                     !budget_timeout)
5874                         return;
5875
5876                 /*
5877                  * A large enough request arrived, or idling is being
5878                  * performed to preserve service guarantees, or
5879                  * finally the queue is to be expired: in all these
5880                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5881                  * wait_request flag and reset timer.
5882                  */
5883                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5884                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5885
5886                 /*
5887                  * The queue is not empty, because a new request just
5888                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5889                  * case of budget timeout, without risking that the
5890                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5891                  * See [1] for more details.
5892                  */
5893                 if (budget_timeout)
5894                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5895                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5896         }
5897 }
5898
5899 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5900 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5901 {
5902         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5903                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
5904                                                  RQ_BIC(rq));
5905         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5906
5907         if (new_bfqq) {
5908                 /*
5909                  * Release the request's reference to the old bfqq
5910                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5911                  */
5912                 new_bfqq->allocated++;
5913                 bfqq->allocated--;
5914                 new_bfqq->ref++;
5915                 /*
5916                  * If the bic associated with the process
5917                  * issuing this request still points to bfqq
5918                  * (and thus has not been already redirected
5919                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5920                  * then complete the merge and redirect it to
5921                  * new_bfqq.
5922                  */
5923                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5924                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5925                                         bfqq, new_bfqq);
5926
5927                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5928                 /*
5929                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5930                  * release rq reference on bfqq
5931                  */
5932                 bfq_put_queue(bfqq);
5933                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5934                 bfqq = new_bfqq;
5935         }
5936
5937         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5938         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5939         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5940
5941         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5942         bfq_add_request(rq);
5943         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5944
5945         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5946         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5947
5948         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5949
5950         return idle_timer_disabled;
5951 }
5952
5953 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5954 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5955                                     struct bfq_queue *bfqq,
5956                                     bool idle_timer_disabled,
5957                                     unsigned int cmd_flags)
5958 {
5959         if (!bfqq)
5960                 return;
5961
5962         /*
5963          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5964          * either it is merged with another queue, or the process it
5965          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5966          * the same process currently executing this flow of
5967          * instructions.
5968          *
5969          * In addition, the following queue lock guarantees that
5970          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5971          */
5972         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5973         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5974         if (idle_timer_disabled)
5975                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5976         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5977 }
5978 #else
5979 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5980                                            struct bfq_queue *bfqq,
5981                                            bool idle_timer_disabled,
5982                                            unsigned int cmd_flags) {}
5983 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5984
5985 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
5986
5987 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5988                                bool at_head)
5989 {
5990         struct request_queue *q = hctx->queue;
5991         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5992         struct bfq_queue *bfqq;
5993         bool idle_timer_disabled = false;
5994         unsigned int cmd_flags;
5995         LIST_HEAD(free);
5996
5997 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5998         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
5999                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6000 #endif
6001         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6002         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6003         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6004                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6005                 blk_mq_free_requests(&free);
6006                 return;
6007         }
6008
6009         trace_block_rq_insert(rq);
6010
6011         if (!bfqq || at_head) {
6012                 if (at_head)
6013                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6014                 else
6015                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6016         } else {
6017                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6018                 /*
6019                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6020                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6021                  * redirected into a new queue.
6022                  */
6023                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6024
6025                 if (rq_mergeable(rq)) {
6026                         elv_rqhash_add(q, rq);
6027                         if (!q->last_merge)
6028                                 q->last_merge = rq;
6029                 }
6030         }
6031
6032         /*
6033          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6034          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6035          * merge).
6036          */
6037         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6038         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6039
6040         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6041                                 cmd_flags);
6042 }
6043
6044 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6045                                 struct list_head *list, bool at_head)
6046 {
6047         while (!list_empty(list)) {
6048                 struct request *rq;
6049
6050                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6051                 list_del_init(&rq->queuelist);
6052                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6053         }
6054 }
6055
6056 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6057 {
6058         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6059
6060         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6061                                        bfqd->rq_in_driver);
6062
6063         if (bfqd->hw_tag == 1)
6064                 return;
6065
6066         /*
6067          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6068          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6069          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6070          * requests.
6071          */
6072         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6073                 return;
6074
6075         /*
6076          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6077          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6078          * case
6079          */
6080         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6081             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6082             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6083             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6084                 return;
6085
6086         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6087                 return;
6088
6089         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6090         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6091         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6092
6093         bfqd->nonrot_with_queueing =
6094                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6095 }
6096
6097 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6098 {
6099         u64 now_ns;
6100         u32 delta_us;
6101
6102         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6103
6104         bfqd->rq_in_driver--;
6105         bfqq->dispatched--;
6106
6107         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6108                 /*
6109                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6110                  * time at which the queue remains with no backlog and
6111                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6112                  * mechanism).
6113                  */
6114                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6115
6116                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6117         }
6118
6119         now_ns = ktime_get_ns();
6120
6121         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6122
6123         /*
6124          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6125          * computing rate in next check.
6126          */
6127         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6128
6129         /*
6130          * If the request took rather long to complete, and, according
6131          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6132          * implies that the request was certainly served at a very low
6133          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6134          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6135          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6136          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6137          * taken:
6138          * - close the observation interval at the last (previous)
6139          *   request dispatch or completion
6140          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6141          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6142          *   re-initialization of the observation interval on next
6143          *   dispatch
6144          */
6145         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6146            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6147                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6148                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6149         bfqd->last_completion = now_ns;
6150         /*
6151          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6152          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6153          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6154          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6155          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6156          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6157          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6158          */
6159         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6160                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6161         else
6162                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6163
6164         /*
6165          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6166          * of the task associated with the queue is actually
6167          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6168          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6169          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6170          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6171          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6172          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6173          * expires, if it still has in-flight requests.
6174          */
6175         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6176             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6177             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6178                 bfqq->soft_rt_next_start =
6179                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6180
6181         /*
6182          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6183          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6184          */
6185         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6186                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6187                         if (bfqq->dispatched == 0)
6188                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6189                         /*
6190                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6191                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6192                          * more requests (as controlled in the next
6193                          * conditional instructions). The reason for
6194                          * not expiring bfqq is as follows.
6195                          *
6196                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6197                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6198                          * implies that, even if no request arrives
6199                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6200                          * bfqq will, however, not be expired on the
6201                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6202                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6203                          * bfqq will start enjoying device idling
6204                          * (I/O-dispatch plugging).
6205                          *
6206                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6207                          * not have the chance to enjoy device idling
6208                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6209                          * zero. This would expose bfqq to violation
6210                          * of its reserved service guarantees.
6211                          */
6212                         return;
6213                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6214                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6215                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6216                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6217                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6218                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6219                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6220                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6221         }
6222
6223         if (!bfqd->rq_in_driver)
6224                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6225 }
6226
6227 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
6228 {
6229         bfqq->allocated--;
6230
6231         bfq_put_queue(bfqq);
6232 }
6233
6234 /*
6235  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6236  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6237  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6238  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6239  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6240  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6241  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6242  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6243  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6244  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6245  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6246  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6247  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6248  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6249  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6250  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6251  * of I/O flowing through bfqq.
6252  *
6253  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6254  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6255  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6256  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6257  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6258  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6259  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6260  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6261  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6262  * completed---remains lower than this limit.
6263  *
6264  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6265  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6266  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6267  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6268  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6269  * injection on the service times of only the first requests of
6270  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6271  * requests whose service time is affected most, because they are the
6272  * first to arrive after injection possibly occurred.
6273  *
6274  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6275  * "total service time" of first requests. We define as total service
6276  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6277  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6278  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6279  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6280  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6281  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6282  * part of the injected requests during the service hole, then,
6283  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6284  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6285  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6286  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6287  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6288  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6289  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6290  * requests with and without injection.
6291  *
6292  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6293  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6294  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6295  * case, it updates the limit as described below:
6296  *
6297  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6298  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6299  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6300  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6301  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6302  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6303  *     than the previous value.
6304  *
6305  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6306  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6307  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6308  *     current value of the limit is inflating the total service
6309  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6310  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6311  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6312  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6313  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6314  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6315  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6316  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6317  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6318  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6319  *
6320  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6321  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6322  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6323  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6324  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6325  *     it again without injection. A more effective version of this
6326  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6327  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6328  *     the total service time with the current limit does happen to be
6329  *     too large.
6330  *
6331  * More details on each step are provided in the comments on the
6332  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6333  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6334  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6335  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6336  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6337  */
6338 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6339                                     struct bfq_queue *bfqq)
6340 {
6341         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6342         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6343
6344         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6345                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6346
6347                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6348                         bfqq->inject_limit--;
6349                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6350                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6351                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6352                         bfqq->inject_limit++;
6353         }
6354
6355         /*
6356          * Either we still have to compute the base value for the
6357          * total service time, and there seem to be the right
6358          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6359          * computed.
6360          *
6361          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6362          * request in flight, because this function is in the code
6363          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6364          * in particular, this function is executed before
6365          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6366          */
6367         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6368             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6369                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6370                         /*
6371                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6372                          * start trying injection.
6373                          */
6374                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6375                 }
6376                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6377         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6378                 /*
6379                  * No I/O injected and no request still in service in
6380                  * the drive: these are the exact conditions for
6381                  * computing the base value of the total service time
6382                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6383                  * rather variable. For example, it varies if the size
6384                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6385                  * change.
6386                  */
6387                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6388
6389
6390         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6391         bfqd->waited_rq = NULL;
6392         bfqd->rqs_injected = false;
6393 }
6394
6395 /*
6396  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6397  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6398  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6399  * the scheduler.
6400  */
6401 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6402 {
6403         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6404         struct bfq_data *bfqd;
6405         unsigned long flags;
6406
6407         /*
6408          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6409          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6410          * a bfq_queue.
6411          */
6412         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6413                 return;
6414
6415         bfqd = bfqq->bfqd;
6416
6417         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6418                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6419                                              rq->start_time_ns,
6420                                              rq->io_start_time_ns,
6421                                              rq->cmd_flags);
6422
6423         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6424         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6425                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6426                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6427
6428                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6429         }
6430         bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6431         RQ_BIC(rq)->requests--;
6432         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6433
6434         /*
6435          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6436          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6437          * invoked again on this same request (see the check at the
6438          * beginning of the function). Probably, a better general
6439          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6440          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6441          * referred by that elevator.
6442          *
6443          * Resetting the following fields would break the
6444          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6445          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6446          * that re-insertions of requeued requests, without
6447          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6448          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6449          * queues).
6450          */
6451         rq->elv.priv[0] = NULL;
6452         rq->elv.priv[1] = NULL;
6453 }
6454
6455 /*
6456  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6457  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6458  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6459  * was the last process referring to that bfqq.
6460  */
6461 static struct bfq_queue *
6462 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6463 {
6464         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6465
6466         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6467                 bfqq->pid = current->pid;
6468                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6469                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6470                 return bfqq;
6471         }
6472
6473         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6474
6475         bfq_put_cooperator(bfqq);
6476
6477         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6478         return NULL;
6479 }
6480
6481 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6482                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6483                                                    struct bio *bio,
6484                                                    bool split, bool is_sync,
6485                                                    bool *new_queue)
6486 {
6487         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6488
6489         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6490                 return bfqq;
6491
6492         if (new_queue)
6493                 *new_queue = true;
6494
6495         if (bfqq)
6496                 bfq_put_queue(bfqq);
6497         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6498
6499         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6500         if (split && is_sync) {
6501                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6502                     bic->saved_in_large_burst)
6503                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6504                 else {
6505                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6506                         if (bic->was_in_burst_list)
6507                                 /*
6508                                  * If bfqq was in the current
6509                                  * burst list before being
6510                                  * merged, then we have to add
6511                                  * it back. And we do not need
6512                                  * to increase burst_size, as
6513                                  * we did not decrement
6514                                  * burst_size when we removed
6515                                  * bfqq from the burst list as
6516                                  * a consequence of a merge
6517                                  * (see comments in
6518                                  * bfq_put_queue). In this
6519                                  * respect, it would be rather
6520                                  * costly to know whether the
6521                                  * current burst list is still
6522                                  * the same burst list from
6523                                  * which bfqq was removed on
6524                                  * the merge. To avoid this
6525                                  * cost, if bfqq was in a
6526                                  * burst list, then we add
6527                                  * bfqq to the current burst
6528                                  * list without any further
6529                                  * check. This can cause
6530                                  * inappropriate insertions,
6531                                  * but rarely enough to not
6532                                  * harm the detection of large
6533                                  * bursts significantly.
6534                                  */
6535                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6536                                                &bfqd->burst_list);
6537                 }
6538                 bfqq->split_time = jiffies;
6539         }
6540
6541         return bfqq;
6542 }
6543
6544 /*
6545  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6546  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6547  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6548  * preparation.
6549  */
6550 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6551 {
6552         /*
6553          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6554          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6555          * previously allocated bic/bfqq structs.
6556          */
6557         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6558 }
6559
6560 /*
6561  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6562  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6563  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6564  * not associated with any bfq_queue.
6565  *
6566  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6567  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6568  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6569  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6570  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6571  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6572  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6573  * signal this transformation. As a consequence, should these
6574  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6575  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6576  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6577  * incremented some queue counters for an rq destined to
6578  * transformation, without any chance to correctly lower these
6579  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6580  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6581  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6582  */
6583 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6584 {
6585         struct request_queue *q = rq->q;
6586         struct bio *bio = rq->bio;
6587         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6588         struct bfq_io_cq *bic;
6589         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6590         struct bfq_queue *bfqq;
6591         bool new_queue = false;
6592         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6593
6594         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6595                 return NULL;
6596
6597         /*
6598          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6599          * for this rq. This holds true, because this function is
6600          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6601          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6602          * being removed from bfq.
6603          */
6604         if (rq->elv.priv[1])
6605                 return rq->elv.priv[1];
6606
6607         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6608
6609         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6610
6611         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6612
6613         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6614                                          &new_queue);
6615
6616         if (likely(!new_queue)) {
6617                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6618                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6619                         !bic->stably_merged) {
6620                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6621
6622                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6623                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6624                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6625
6626                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6627                         split = true;
6628
6629                         if (!bfqq) {
6630                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6631                                                                  true, is_sync,
6632                                                                  NULL);
6633                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6634                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6635
6636                                 /*
6637                                  * If the waker queue disappears, then
6638                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6639                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6640                                  * woken_list of the waker. See
6641                                  * bfq_check_waker for details.
6642                                  */
6643                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6644                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6645                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6646                         } else
6647                                 bfqq_already_existing = true;
6648                 }
6649         }
6650
6651         bfqq->allocated++;
6652         bfqq->ref++;
6653         bic->requests++;
6654         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6655                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6656
6657         rq->elv.priv[0] = bic;
6658         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6659
6660         /*
6661          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6662          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6663          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6664          * resume its state.
6665          */
6666         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6667                 bfqq->bic = bic;
6668                 if (split) {
6669                         /*
6670                          * The queue has just been split from a shared
6671                          * queue: restore the idle window and the
6672                          * possible weight raising period.
6673                          */
6674                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6675                                               bfqq_already_existing);
6676                 }
6677         }
6678
6679         /*
6680          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6681          * created queues only if:
6682          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6683          * or
6684          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6685          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6686          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6687          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6688          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6689          *    bfq_handle_burst().
6690          *
6691          * This filtering also helps eliminating false positives,
6692          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6693          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6694          * to trigger the creation of new queues very close to when
6695          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6696          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6697          * this issue.
6698          */
6699         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6700                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6701                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6702                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6703
6704         return bfqq;
6705 }
6706
6707 static void
6708 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6709 {
6710         enum bfqq_expiration reason;
6711         unsigned long flags;
6712
6713         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6714
6715         /*
6716          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6717          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6718          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6719          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6720          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6721          */
6722         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6723                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6724                 return;
6725         }
6726
6727         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6728
6729         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6730                 /*
6731                  * Also here the queue can be safely expired
6732                  * for budget timeout without wasting
6733                  * guarantees
6734                  */
6735                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6736         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6737                 /*
6738                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6739                  * because we may not disable the timer when the
6740                  * first request of the in-service queue arrives
6741                  * during disk idling.
6742                  */
6743                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6744         else
6745                 goto schedule_dispatch;
6746
6747         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6748
6749 schedule_dispatch:
6750         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6751         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6752 }
6753
6754 /*
6755  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6756  * is idling inside its time slice.
6757  */
6758 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6759 {
6760         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6761                                              idle_slice_timer);
6762         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6763
6764         /*
6765          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6766          * different from the queue that was idling if a new request
6767          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6768          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6769          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6770          * early.
6771          */
6772         if (bfqq)
6773                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6774
6775         return HRTIMER_NORESTART;
6776 }
6777
6778 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6779                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6780 {
6781         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6782
6783         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6784         if (bfqq) {
6785                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6786
6787                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6788                              bfqq, bfqq->ref);
6789                 bfq_put_queue(bfqq);
6790                 *bfqq_ptr = NULL;
6791         }
6792 }
6793
6794 /*
6795  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6796  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6797  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6798  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6799  */
6800 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6801 {
6802         int i, j;
6803
6804         for (i = 0; i < 2; i++)
6805                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6806                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6807
6808         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6809 }
6810
6811 /*
6812  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6813  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6814  */
6815 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6816                                       struct sbitmap_queue *bt)
6817 {
6818         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6819
6820         /*
6821          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6822          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6823          *
6824          * In next formulas, right-shift the value
6825          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6826          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6827          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6828          * limit 'something'.
6829          */
6830         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6831         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6832         /*
6833          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6834          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6835          * writes)
6836          */
6837         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6838
6839         /*
6840          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6841          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6842          * highest percentage for which, in our tests, application
6843          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6844          * shortage.
6845          */
6846         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6847         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6848         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6849         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6850
6851         for (i = 0; i < 2; i++)
6852                 for (j = 0; j < 2; j++)
6853                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6854
6855         return min_shallow;
6856 }
6857
6858 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6859 {
6860         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6861         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6862         unsigned int min_shallow;
6863
6864         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, tags->bitmap_tags);
6865         sbitmap_queue_min_shallow_depth(tags->bitmap_tags, min_shallow);
6866 }
6867
6868 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6869 {
6870         bfq_depth_updated(hctx);
6871         return 0;
6872 }
6873
6874 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6875 {
6876         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6877         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6878
6879         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6880
6881         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6882         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6883                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6884         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6885
6886         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6887
6888         /* release oom-queue reference to root group */
6889         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6890
6891 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6892         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6893 #else
6894         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6895         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6896         kfree(bfqd->root_group);
6897         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6898 #endif
6899
6900         wbt_enable_default(bfqd->queue);
6901
6902         kfree(bfqd);
6903 }
6904
6905 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6906                                 struct bfq_data *bfqd)
6907 {
6908         int i;
6909
6910 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6911         root_group->entity.parent = NULL;
6912         root_group->my_entity = NULL;
6913         root_group->bfqd = bfqd;
6914 #endif
6915         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6916         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6917                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6918         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6919 }
6920
6921 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6922 {
6923         struct bfq_data *bfqd;
6924         struct elevator_queue *eq;
6925
6926         eq = elevator_alloc(q, e);
6927         if (!eq)
6928                 return -ENOMEM;
6929
6930         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6931         if (!bfqd) {
6932                 kobject_put(&eq->kobj);
6933                 return -ENOMEM;
6934         }
6935         eq->elevator_data = bfqd;
6936
6937         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6938         q->elevator = eq;
6939         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6940
6941         /*
6942          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6943          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6944          * will not attempt to free it.
6945          */
6946         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6947         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6948         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6949         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6950         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6951                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6952
6953         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6954         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6955
6956         /*
6957          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6958          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6959          * class won't be changed any more.
6960          */
6961         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6962
6963         bfqd->queue = q;
6964
6965         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6966
6967         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6968                      HRTIMER_MODE_REL);
6969         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
6970
6971         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
6972         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6973
6974         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6975         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6976         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6977
6978         bfqd->hw_tag = -1;
6979         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6980
6981         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6982
6983         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6984         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6985         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6986         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6987         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6988         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6989
6990         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6991         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6992
6993         bfqd->low_latency = true;
6994
6995         /*
6996          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6997          */
6998         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6999         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7000         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7001         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7002         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7003         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7004                                               * Approximate rate required
7005                                               * to playback or record a
7006                                               * high-definition compressed
7007                                               * video.
7008                                               */
7009         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7010
7011         /*
7012          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7013          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7014          */
7015         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7016                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7017         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7018
7019         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7020
7021         /*
7022          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7023          * function is the head of a chain of function calls
7024          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7025          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7026          * has_work hook function. For this reason,
7027          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7028          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7029          * that can be initialized only after invoking
7030          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7031          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7032          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7033          * from invoking further scheduler hooks before this init
7034          * function is finished.
7035          */
7036         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7037         if (!bfqd->root_group)
7038                 goto out_free;
7039         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7040         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7041
7042         wbt_disable_default(q);
7043         return 0;
7044
7045 out_free:
7046         kfree(bfqd);
7047         kobject_put(&eq->kobj);
7048         return -ENOMEM;
7049 }
7050
7051 static void bfq_slab_kill(void)
7052 {
7053         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7054 }
7055
7056 static int __init bfq_slab_setup(void)
7057 {
7058         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7059         if (!bfq_pool)
7060                 return -ENOMEM;
7061         return 0;
7062 }
7063
7064 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7065 {
7066         return sprintf(page, "%u\n", var);
7067 }
7068
7069 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7070 {
7071         unsigned long new_val;
7072         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7073
7074         if (ret)
7075                 return ret;
7076         *var = new_val;
7077         return 0;
7078 }
7079
7080 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7081 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7082 {                                                                       \
7083         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7084         u64 __data = __VAR;                                             \
7085         if (__CONV == 1)                                                \
7086                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7087         else if (__CONV == 2)                                           \
7088                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7089         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7090 }
7091 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7092 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7093 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7094 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7095 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7096 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7097 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7098 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7099 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7100 #undef SHOW_FUNCTION
7101
7102 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7103 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7104 {                                                                       \
7105         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7106         u64 __data = __VAR;                                             \
7107         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7108         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7109 }
7110 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7111 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7112
7113 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7114 static ssize_t                                                          \
7115 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7116 {                                                                       \
7117         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7118         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7119         int ret;                                                        \
7120                                                                         \
7121         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7122         if (ret)                                                        \
7123                 return ret;                                             \
7124         if (__data < __min)                                             \
7125                 __data = __min;                                         \
7126         else if (__data > __max)                                        \
7127                 __data = __max;                                         \
7128         if (__CONV == 1)                                                \
7129                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7130         else if (__CONV == 2)                                           \
7131                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7132         else                                                            \
7133                 *(__PTR) = __data;                                      \
7134         return count;                                                   \
7135 }
7136 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7137                 INT_MAX, 2);
7138 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7139                 INT_MAX, 2);
7140 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7141 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7142                 INT_MAX, 0);
7143 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7144 #undef STORE_FUNCTION
7145
7146 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7147 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7148 {                                                                       \
7149         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7150         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7151         int ret;                                                        \
7152                                                                         \
7153         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7154         if (ret)                                                        \
7155                 return ret;                                             \
7156         if (__data < __min)                                             \
7157                 __data = __min;                                         \
7158         else if (__data > __max)                                        \
7159                 __data = __max;                                         \
7160         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7161         return count;                                                   \
7162 }
7163 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7164                     UINT_MAX);
7165 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7166
7167 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7168                                     const char *page, size_t count)
7169 {
7170         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7171         unsigned long __data;
7172         int ret;
7173
7174         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7175         if (ret)
7176                 return ret;
7177
7178         if (__data == 0)
7179                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7180         else {
7181                 if (__data > INT_MAX)
7182                         __data = INT_MAX;
7183                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7184         }
7185
7186         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7187
7188         return count;
7189 }
7190
7191 /*
7192  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7193  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7194  */
7195 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7196                                       const char *page, size_t count)
7197 {
7198         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7199         unsigned long __data;
7200         int ret;
7201
7202         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7203         if (ret)
7204                 return ret;
7205
7206         if (__data < 1)
7207                 __data = 1;
7208         else if (__data > INT_MAX)
7209                 __data = INT_MAX;
7210
7211         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7212         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7213                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7214
7215         return count;
7216 }
7217
7218 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7219                                      const char *page, size_t count)
7220 {
7221         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7222         unsigned long __data;
7223         int ret;
7224
7225         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7226         if (ret)
7227                 return ret;
7228
7229         if (__data > 1)
7230                 __data = 1;
7231         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7232             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7233                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7234
7235         bfqd->strict_guarantees = __data;
7236
7237         return count;
7238 }
7239
7240 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7241                                      const char *page, size_t count)
7242 {
7243         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7244         unsigned long __data;
7245         int ret;
7246
7247         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7248         if (ret)
7249                 return ret;
7250
7251         if (__data > 1)
7252                 __data = 1;
7253         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7254                 bfq_end_wr(bfqd);
7255         bfqd->low_latency = __data;
7256
7257         return count;
7258 }
7259
7260 #define BFQ_ATTR(name) \
7261         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7262
7263 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7264         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7265         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7266         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7267         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7268         BFQ_ATTR(slice_idle),
7269         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7270         BFQ_ATTR(max_budget),
7271         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7272         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7273         BFQ_ATTR(low_latency),
7274         __ATTR_NULL
7275 };
7276
7277 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7278         .ops = {
7279                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7280                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7281                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7282                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
7283                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7284                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7285                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7286                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7287                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7288                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7289                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7290                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7291                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7292                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7293                 .has_work               = bfq_has_work,
7294                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7295                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7296                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7297                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7298         },
7299
7300         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7301         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7302         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7303         .elevator_name =        "bfq",
7304         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7305 };
7306 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7307
7308 static int __init bfq_init(void)
7309 {
7310         int ret;
7311
7312 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7313         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7314         if (ret)
7315                 return ret;
7316 #endif
7317
7318         ret = -ENOMEM;
7319         if (bfq_slab_setup())
7320                 goto err_pol_unreg;
7321
7322         /*
7323          * Times to load large popular applications for the typical
7324          * systems installed on the reference devices (see the
7325          * comments before the definition of the next
7326          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7327          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7328          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7329          * are computed over much shorter time intervals than the long
7330          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7331          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7332          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7333          * be run for a long time.
7334          */
7335         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7336         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7337
7338         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7339         if (ret)
7340                 goto slab_kill;
7341
7342         return 0;
7343
7344 slab_kill:
7345         bfq_slab_kill();
7346 err_pol_unreg:
7347 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7348         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7349 #endif
7350         return ret;
7351 }
7352
7353 static void __exit bfq_exit(void)
7354 {
7355         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7356 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7357         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7358 #endif
7359         bfq_slab_kill();
7360 }
7361
7362 module_init(bfq_init);
7363 module_exit(bfq_exit);
7364
7365 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7366 MODULE_LICENSE("GPL");
7367 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");