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