Merge branch 'locking-urgent-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
60  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
61  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
62  * to 0.
63  *
64  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
65  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
66  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
67  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
68  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
69  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
70  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
71  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
72  *
73  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
74  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
75  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
76  * in [3].
77  *
78  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
79  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
80  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
81  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
82  *
83  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
84  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
85  *     Oct 1997.
86  *
87  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
88  *
89  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
90  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
91  *     Resource Allocation", technical report.
92  *
93  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
94  */
95 #include <linux/module.h>
96 #include <linux/slab.h>
97 #include <linux/blkdev.h>
98 #include <linux/cgroup.h>
99 #include <linux/elevator.h>
100 #include <linux/ktime.h>
101 #include <linux/rbtree.h>
102 #include <linux/ioprio.h>
103 #include <linux/sbitmap.h>
104 #include <linux/delay.h>
105
106 #include "blk.h"
107 #include "blk-mq.h"
108 #include "blk-mq-tag.h"
109 #include "blk-mq-sched.h"
110 #include "bfq-iosched.h"
111
112 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
113 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
114 {                                                                       \
115         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
116 }                                                                       \
117 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
118 {                                                                       \
119         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
120 }                                                                       \
121 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
122 {                                                                       \
123         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
124 }
125
126 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
127 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
128 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
129 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
130 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
131 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
132 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
133 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
134 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
135 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
136 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
137 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
138 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
139
140 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
141 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
142
143 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
144 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
145
146 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
147 static const int bfq_back_penalty = 2;
148
149 /* Idling period duration, in ns. */
150 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
151
152 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
153 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
154
155 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
156 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
157
158 /*
159  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
160  * when an async request is served, the entity is charged the number
161  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
162  */
163 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
164
165 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
166 const int bfq_timeout = HZ / 8;
167
168 static struct kmem_cache *bfq_pool;
169
170 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
171 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
172
173 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
174 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
175 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
176
177 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
178 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
179 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
180 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 32/8)
181
182 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
183 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
184 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
185 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
186 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
187 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
188
189 /* Shift used for peak rate fixed precision calculations. */
190 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
191
192 /*
193  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
194  * interactive applications automatically, using the following formula:
195  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
196  * R and T are two reference parameters.
197  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see below),
198  * and T is a reference time: given the systems that are likely to be
199  * installed on the reference device according to its speed class, T is
200  * about the maximum time needed, under BFQ and while reading two files in
201  * parallel, to load typical large applications on these systems.
202  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less it
203  * takes to load applications with respect to the reference device.
204  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to interactive
205  * applications.
206  *
207  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
208  * . whether the device is rotational or non-rotational;
209  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
210  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
211  *
212  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
213  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
214  *
215  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
216  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
217  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
218  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
219  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
220  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
221  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
222  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
223  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
224  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
225  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
226  * and the process does sequential I/O).
227  *
228  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
229  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
230  */
231 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
232 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
233 /*
234  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
235  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
236  * function.
237  */
238 static int T_slow[2];
239 static int T_fast[2];
240 static int device_speed_thresh[2];
241
242 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
243 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
244
245 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
246 {
247         return bic->bfqq[is_sync];
248 }
249
250 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
251 {
252         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
253 }
254
255 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
256 {
257         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
258 }
259
260 /**
261  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
262  * @icq: the iocontext queue.
263  */
264 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
265 {
266         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
267         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
268 }
269
270 /**
271  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
272  * @bfqd: the lookup key.
273  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
274  * @q: the request queue.
275  */
276 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
277                                         struct io_context *ioc,
278                                         struct request_queue *q)
279 {
280         if (ioc) {
281                 unsigned long flags;
282                 struct bfq_io_cq *icq;
283
284                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
285                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
286                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
287
288                 return icq;
289         }
290
291         return NULL;
292 }
293
294 /*
295  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
296  * driver that will restart queueing.
297  */
298 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
299 {
300         if (bfqd->queued != 0) {
301                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
302                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
303         }
304 }
305
306 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
307 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
308
309 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
310
311 /*
312  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
313  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
314  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
315  */
316 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
317                                       struct request *rq1,
318                                       struct request *rq2,
319                                       sector_t last)
320 {
321         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
322         unsigned long back_max;
323 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
324 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
325         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
326
327         if (!rq1 || rq1 == rq2)
328                 return rq2;
329         if (!rq2)
330                 return rq1;
331
332         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
333                 return rq1;
334         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
335                 return rq2;
336         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
337                 return rq1;
338         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
339                 return rq2;
340
341         s1 = blk_rq_pos(rq1);
342         s2 = blk_rq_pos(rq2);
343
344         /*
345          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
346          */
347         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
348
349         /*
350          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
351          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
352          * similar forward seek.
353          */
354         if (s1 >= last)
355                 d1 = s1 - last;
356         else if (s1 + back_max >= last)
357                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
358         else
359                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
360
361         if (s2 >= last)
362                 d2 = s2 - last;
363         else if (s2 + back_max >= last)
364                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
365         else
366                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
367
368         /* Found required data */
369
370         /*
371          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
372          * check two variables for all permutations: --> faster!
373          */
374         switch (wrap) {
375         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
376                 if (d1 < d2)
377                         return rq1;
378                 else if (d2 < d1)
379                         return rq2;
380
381                 if (s1 >= s2)
382                         return rq1;
383                 else
384                         return rq2;
385
386         case BFQ_RQ2_WRAP:
387                 return rq1;
388         case BFQ_RQ1_WRAP:
389                 return rq2;
390         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
391         default:
392                 /*
393                  * Since both rqs are wrapped,
394                  * start with the one that's further behind head
395                  * (--> only *one* back seek required),
396                  * since back seek takes more time than forward.
397                  */
398                 if (s1 <= s2)
399                         return rq1;
400                 else
401                         return rq2;
402         }
403 }
404
405 static struct bfq_queue *
406 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
407                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
408                      struct rb_node ***rb_link)
409 {
410         struct rb_node **p, *parent;
411         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
412
413         parent = NULL;
414         p = &root->rb_node;
415         while (*p) {
416                 struct rb_node **n;
417
418                 parent = *p;
419                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
420
421                 /*
422                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
423                  * largest to the right.
424                  */
425                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
426                         n = &(*p)->rb_right;
427                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
428                         n = &(*p)->rb_left;
429                 else
430                         break;
431                 p = n;
432                 bfqq = NULL;
433         }
434
435         *ret_parent = parent;
436         if (rb_link)
437                 *rb_link = p;
438
439         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
440                 (unsigned long long)sector,
441                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
442
443         return bfqq;
444 }
445
446 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
447 {
448         struct rb_node **p, *parent;
449         struct bfq_queue *__bfqq;
450
451         if (bfqq->pos_root) {
452                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
453                 bfqq->pos_root = NULL;
454         }
455
456         if (bfq_class_idle(bfqq))
457                 return;
458         if (!bfqq->next_rq)
459                 return;
460
461         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
462         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
463                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
464         if (!__bfqq) {
465                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
466                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
467         } else
468                 bfqq->pos_root = NULL;
469 }
470
471 /*
472  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
473  */
474 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
475 {
476         /*
477          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
478          * at least two nodes.
479          */
480         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
481                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
482                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
483 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
484                ) ||
485                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
486                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
487                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
488 #endif
489                );
490 }
491
492 /*
493  * The following function returns true if every queue must receive the
494  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
495  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
496  * bfq_bfqq_may_idle()).
497  *
498  * Such a scenario occurs when:
499  * 1) all active queues have the same weight,
500  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
501  *    weight,
502  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
503  *    number of children.
504  *
505  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
506  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
507  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
508  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
509  * state:
510  * 1) all active queues have the same weight,
511  * 2) all active groups have the same weight,
512  * 3) all active groups have at most one active child each.
513  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
514  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
515  * to be maintained in this case.
516  */
517 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
518 {
519         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
520 }
521
522 /*
523  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
524  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
525  * increment the existing counter.
526  *
527  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
528  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
529  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
530  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
531  * are not inserted in the tree.
532  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
533  * should be low too.
534  */
535 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
536                           struct rb_root *root)
537 {
538         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
539
540         /*
541          * Do not insert if the entity is already associated with a
542          * counter, which happens if:
543          *   1) the entity is associated with a queue,
544          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
545          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
546          *      backlogged; in this respect, each of the two events
547          *      causes an invocation of this function,
548          *   3) this is the invocation of this function caused by the
549          *      second event. This second invocation is actually useless,
550          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
551          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
552          */
553         if (entity->weight_counter)
554                 return;
555
556         while (*new) {
557                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
558                                                 struct bfq_weight_counter,
559                                                 weights_node);
560                 parent = *new;
561
562                 if (entity->weight == __counter->weight) {
563                         entity->weight_counter = __counter;
564                         goto inc_counter;
565                 }
566                 if (entity->weight < __counter->weight)
567                         new = &((*new)->rb_left);
568                 else
569                         new = &((*new)->rb_right);
570         }
571
572         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
573                                          GFP_ATOMIC);
574
575         /*
576          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
577          * exit. This will cause the weight of entity to not be
578          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
579          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
580          * case entity's weight would have been the only weight making
581          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
582          * will however occur when entity becomes inactive again (the
583          * invocation of this function is triggered by an activation
584          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
585          * if !entity->weight_counter.
586          */
587         if (unlikely(!entity->weight_counter))
588                 return;
589
590         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
591         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
592         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
593
594 inc_counter:
595         entity->weight_counter->num_active++;
596 }
597
598 /*
599  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
600  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
601  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
602  * about overhead.
603  */
604 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
605                              struct rb_root *root)
606 {
607         if (!entity->weight_counter)
608                 return;
609
610         entity->weight_counter->num_active--;
611         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
612                 goto reset_entity_pointer;
613
614         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
615         kfree(entity->weight_counter);
616
617 reset_entity_pointer:
618         entity->weight_counter = NULL;
619 }
620
621 /*
622  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
623  */
624 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
625                                       struct request *last)
626 {
627         struct request *rq;
628
629         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
630                 return NULL;
631
632         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
633
634         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
635
636         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
637                 return NULL;
638
639         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
640         return rq;
641 }
642
643 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
644                                         struct bfq_queue *bfqq,
645                                         struct request *last)
646 {
647         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
648         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
649         struct request *next, *prev = NULL;
650
651         /* Follow expired path, else get first next available. */
652         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
653         if (next)
654                 return next;
655
656         if (rbprev)
657                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
658
659         if (rbnext)
660                 next = rb_entry_rq(rbnext);
661         else {
662                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
663                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
664                         next = rb_entry_rq(rbnext);
665         }
666
667         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
668 }
669
670 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
671 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
672                                         struct bfq_queue *bfqq)
673 {
674         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
675                 return blk_rq_sectors(rq);
676
677         /*
678          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
679          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
680          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
681          * for weight-raised queues.
682          */
683         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
684                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
685
686         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
687 }
688
689 /**
690  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
691  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
692  * @bfqq: the queue to update.
693  *
694  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
695  * has enough budget to serve at least its first request (if the
696  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
697  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
698  * rounds to actually get it dispatched.
699  */
700 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
701                                  struct bfq_queue *bfqq)
702 {
703         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
704         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
705         unsigned long new_budget;
706
707         if (!next_rq)
708                 return;
709
710         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
711                 /*
712                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
713                  * changed after an entity has been selected.
714                  */
715                 return;
716
717         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
718                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
719         if (entity->budget != new_budget) {
720                 entity->budget = new_budget;
721                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
722                                          new_budget);
723                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
724         }
725 }
726
727 static void
728 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
729                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
730 {
731         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
732         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
733
734         if (bic->saved_has_short_ttime)
735                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
736         else
737                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
738
739         if (bic->saved_IO_bound)
740                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
741         else
742                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
743
744         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
745         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
746         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
747         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
748         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
749
750         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
751             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
752                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
753                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
754                     "resume state: switching off wr");
755
756                 bfqq->wr_coeff = 1;
757         }
758
759         /* make sure weight will be updated, however we got here */
760         bfqq->entity.prio_changed = 1;
761
762         if (likely(!busy))
763                 return;
764
765         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
766                 bfqd->wr_busy_queues++;
767         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
768                 bfqd->wr_busy_queues--;
769 }
770
771 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
772 {
773         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
774 }
775
776 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
777 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
778 {
779         struct bfq_queue *item;
780         struct hlist_node *n;
781
782         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
783                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
784         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
785         bfqd->burst_size = 1;
786         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
787 }
788
789 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
790 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
791 {
792         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
793         bfqd->burst_size++;
794
795         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
796                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
797                 struct hlist_node *n;
798
799                 /*
800                  * Enough queues have been activated shortly after each
801                  * other to consider this burst as large.
802                  */
803                 bfqd->large_burst = true;
804
805                 /*
806                  * We can now mark all queues in the burst list as
807                  * belonging to a large burst.
808                  */
809                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
810                                      burst_list_node)
811                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
812                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
813
814                 /*
815                  * From now on, and until the current burst finishes, any
816                  * new queue being activated shortly after the last queue
817                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
818                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
819                  * needed any more. Remove it.
820                  */
821                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
822                                           burst_list_node)
823                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
824         } else /*
825                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
826                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
827                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
828                 * in put_queue.
829                 */
830                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
831 }
832
833 /*
834  * If many queues belonging to the same group happen to be created
835  * shortly after each other, then the processes associated with these
836  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
837  * creations are usually caused by services or applications that spawn
838  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
839  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
840  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
841  * or device idling to their queues.
842  *
843  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
844  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
845  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
846  * treated in a different way.
847  *
848  * The above services or applications benefit mostly from a high
849  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
850  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
851  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
852  * which also implies idling the device for it, is almost always
853  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
854  *
855  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
856  * the start of an application that does not consist of a lot of
857  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
858  * several short processes may need to be executed to start-up the
859  * application. In this respect, to start an application as quickly as
860  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
861  * related to the application with respect to all other
862  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
863  * an application that causes a burst of queue creations is to
864  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
865  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
866  *
867  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
868  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
869  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
870  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
871  * larger size than that threshold are apparently caused by
872  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
873  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
874  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
875  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
876  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
877  * exact choice depends on the device and request pattern at
878  * hand.
879  *
880  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
881  * is starting (e.g., an application is being started). The
882  * consequence is that the queues associated with the task do not
883  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
884  * are very rare. They typically occur if some service happens to
885  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
886  *
887  * Turning back to the next function, it implements all the steps
888  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
889  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
890  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
891  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
892  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
893  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
894  * steps are the following.
895  *
896  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
897  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
898  *
899  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
900  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
901  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
902  *   Q to the burst list
903  *
904  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
905  *   the large-burst threshold, then
906  *
907  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
908  *       large burst
909  *
910  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
911  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
912  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
913  *       previous sub-step), and now is not needed any more
914  *
915  *     . the device enters a large-burst mode
916  *
917  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
918  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
919  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
920  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
921  *   as belonging to a large burst.
922  *
923  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
924  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
925  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
926  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
927  *
928  *        . the large-burst mode is reset if set
929  *
930  *        . the burst list is emptied
931  *
932  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
933  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
934  *          after this step).
935  */
936 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
937 {
938         /*
939          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
940          * burst, or finally has just been split, then there is
941          * nothing else to do.
942          */
943         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
944             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
945             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
946                                      msecs_to_jiffies(10)))
947                 return;
948
949         /*
950          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
951          * a different group than the burst group, then the current
952          * burst is finished, and related data structures must be
953          * reset.
954          *
955          * In this respect, consider the special case where bfqq is
956          * the very first queue created after BFQ is selected for this
957          * device. In this case, last_ins_in_burst and
958          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
959          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
960          * following condition is true, bfqq will end up being
961          * inserted into the burst list. In particular the list will
962          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
963          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
964          * burst.
965          */
966         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
967             bfqd->bfq_burst_interval) ||
968             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
969                 bfqd->large_burst = false;
970                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
971                 goto end;
972         }
973
974         /*
975          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
976          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
977          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
978          */
979         if (bfqd->large_burst) {
980                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
981                 goto end;
982         }
983
984         /*
985          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
986          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
987          * queue. Then we add bfqq to the burst.
988          */
989         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
990 end:
991         /*
992          * At this point, bfqq either has been added to the current
993          * burst or has caused the current burst to terminate and a
994          * possible new burst to start. In particular, in the second
995          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
996          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
997          * forward.
998          */
999         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1000 }
1001
1002 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1003 {
1004         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1005
1006         return entity->budget - entity->service;
1007 }
1008
1009 /*
1010  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1011  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1012  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1013  */
1014 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1015 {
1016         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1017                 return bfq_default_max_budget;
1018         else
1019                 return bfqd->bfq_max_budget;
1020 }
1021
1022 /*
1023  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1024  * max budget (trying with 1/32)
1025  */
1026 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1027 {
1028         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1029                 return bfq_default_max_budget / 32;
1030         else
1031                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1032 }
1033
1034 /*
1035  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1036  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1037  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1038  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1039  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1040  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1041  * goals below.
1042  *
1043  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1044  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1045  * expired for one of the following two reasons:
1046  *
1047  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1048  *   and did not make it to issue a new request before its last
1049  *   request was served;
1050  *
1051  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1052  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1053  *
1054  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1055  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1056  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1057  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1058  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1059  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1060  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1061  * one full budget of another queue before being served again, then
1062  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1063  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1064  * to be taken.
1065  *
1066  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1067  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1068  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1069  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1070  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1071  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1072  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1073  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1074  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1075  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1076  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1077  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1078  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1079  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1080  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1081  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1082  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1083  * on this tricky aspect).
1084  *
1085  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1086  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1087  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1088  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1089  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1090  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1091  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1092  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1093  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1094  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1095  * causing a little loss of bandwidth.
1096  *
1097  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1098  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1099  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1100  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1101  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1102  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1103  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1104  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1105  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1106  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1107  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1108  * __bfq_activate_entity.
1109  *
1110  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1111  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1112  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1113  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1114  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1115  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1116  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1117  * outstanding requests mentioned above.
1118  *
1119  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1120  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1121  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1122  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1123  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1124  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1125  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1126  * know whether preemption is needed without needing to update service
1127  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1128  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1129  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1130  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1131  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1132  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1133  * be weight-raised.
1134  */
1135 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1136                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1137                                                 bool arrived_in_time,
1138                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1139 {
1140         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1141
1142         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1143                 /*
1144                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1145                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1146                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1147                  * cleared right after).
1148                  */
1149
1150                 /*
1151                  * In next assignment we rely on that either
1152                  * entity->service or entity->budget are not updated
1153                  * on expiration if bfqq is empty (see
1154                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1155                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1156                  * following statement therefore assigns to
1157                  * entity->budget the remaining budget on such an
1158                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1159                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1160                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1161                  * service (see bfq_get_next_queue).
1162                  */
1163                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1164                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1165                                        bfqq->max_budget);
1166
1167                 return true;
1168         }
1169
1170         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1171                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1172         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1173         return wr_or_deserves_wr;
1174 }
1175
1176 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1177 {
1178         u64 dur;
1179
1180         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1181                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1182
1183         dur = bfqd->RT_prod;
1184         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1185
1186         /*
1187          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
1188          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
1189          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
1190          * non-interactive and non-soft-real-time applications
1191          * preserve weight raising for a too long time interval.
1192          *
1193          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1194          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1195          * before weight-raising finishes.
1196          */
1197         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
1198                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
1199         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
1200                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
1201
1202         return dur;
1203 }
1204
1205 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1206                                              struct bfq_queue *bfqq,
1207                                              unsigned int old_wr_coeff,
1208                                              bool wr_or_deserves_wr,
1209                                              bool interactive,
1210                                              bool in_burst,
1211                                              bool soft_rt)
1212 {
1213         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1214                 /* start a weight-raising period */
1215                 if (interactive) {
1216                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1217                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1218                 } else {
1219                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = jiffies;
1220                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1221                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1222                         bfqq->wr_cur_max_time =
1223                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1224                 }
1225
1226                 /*
1227                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1228                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1229                  * scheduling-error component due to a too large
1230                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1231                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1232                  * too small budget either, to avoid increasing
1233                  * latency by causing too frequent expirations.
1234                  */
1235                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1236                                             bfqq->entity.budget,
1237                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1238         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1239                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1240                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1241                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1242                 } else if (in_burst)
1243                         bfqq->wr_coeff = 1;
1244                 else if (soft_rt) {
1245                         /*
1246                          * The application is now or still meeting the
1247                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1248                          * can then correctly and safely (re)charge
1249                          * the weight-raising duration for the
1250                          * application with the weight-raising
1251                          * duration for soft rt applications.
1252                          *
1253                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1254                          * before the weight-raising period for the
1255                          * application finishes, reduces the probability
1256                          * of the following negative scenario:
1257                          * 1) the weight of a soft rt application is
1258                          *    raised at startup (as for any newly
1259                          *    created application),
1260                          * 2) since the application is not interactive,
1261                          *    at a certain time weight-raising is
1262                          *    stopped for the application,
1263                          * 3) at that time the application happens to
1264                          *    still have pending requests, and hence
1265                          *    is destined to not have a chance to be
1266                          *    deemed soft rt before these requests are
1267                          *    completed (see the comments to the
1268                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1269                          *    for details on soft rt detection),
1270                          * 4) these pending requests experience a high
1271                          *    latency because the application is not
1272                          *    weight-raised while they are pending.
1273                          */
1274                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1275                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1276                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1277                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1278
1279                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1280                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1281                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1282                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1283                         }
1284                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1285                 }
1286         }
1287 }
1288
1289 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1290                                         struct bfq_queue *bfqq)
1291 {
1292         return bfqq->dispatched == 0 &&
1293                 time_is_before_jiffies(
1294                         bfqq->budget_timeout +
1295                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1296 }
1297
1298 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1299                                              struct bfq_queue *bfqq,
1300                                              int old_wr_coeff,
1301                                              struct request *rq,
1302                                              bool *interactive)
1303 {
1304         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1305                 bfqq_wants_to_preempt,
1306                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1307                 /*
1308                  * See the comments on
1309                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1310                  * details on the usage of the next variable.
1311                  */
1312                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1313                         bfqq->ttime.last_end_request +
1314                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1315
1316         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(RQ_BFQQ(rq)), bfqq, rq->cmd_flags);
1317
1318         /*
1319          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1320          * - it is sync,
1321          * - it does not belong to a large burst,
1322          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1323          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1324          */
1325         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1326         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1327                 !in_burst &&
1328                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1329         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1330         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1331                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1332                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1333                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1334
1335         /*
1336          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1337          * may want to preempt the in-service queue.
1338          */
1339         bfqq_wants_to_preempt =
1340                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1341                                                     arrived_in_time,
1342                                                     wr_or_deserves_wr);
1343
1344         /*
1345          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1346          * idle for much more than an interactive queue, then we
1347          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1348          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1349          * to be treated as a queue belonging to a burst
1350          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1351          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1352          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1353          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1354          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1355          * a burst.
1356          */
1357         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1358             idle_for_long_time &&
1359             time_is_before_jiffies(
1360                     bfqq->budget_timeout +
1361                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1362                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1363                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1364         }
1365
1366         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1367
1368
1369         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1370                 if (arrived_in_time) {
1371                         bfqq->requests_within_timer++;
1372                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1373                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1374                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1375                 } else
1376                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1377         }
1378
1379         if (bfqd->low_latency) {
1380                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1381                         /* wraparound */
1382                         bfqq->split_time =
1383                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1384
1385                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1386                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1387                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1388                                                          old_wr_coeff,
1389                                                          wr_or_deserves_wr,
1390                                                          *interactive,
1391                                                          in_burst,
1392                                                          soft_rt);
1393
1394                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1395                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1396                 }
1397         }
1398
1399         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1400         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1401         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1402
1403         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1404
1405         /*
1406          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1407          * for guarantees. In this respect, the function
1408          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1409          * condition, and not a sufficient condition based on
1410          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1411          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1412          * this operation is quite costly (see the comments on the
1413          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1414          */
1415         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1416             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1417             next_queue_may_preempt(bfqd))
1418                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1419                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1420 }
1421
1422 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1423 {
1424         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1425         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1426         struct request *next_rq, *prev;
1427         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1428         bool interactive = false;
1429
1430         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1431         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1432         bfqd->queued++;
1433
1434         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1435
1436         /*
1437          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1438          */
1439         prev = bfqq->next_rq;
1440         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1441         bfqq->next_rq = next_rq;
1442
1443         /*
1444          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1445          */
1446         if (prev != bfqq->next_rq)
1447                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1448
1449         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1450                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1451                                                  rq, &interactive);
1452         else {
1453                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1454                     time_is_before_jiffies(
1455                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1456                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1457                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1458                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1459
1460                         bfqd->wr_busy_queues++;
1461                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1462                 }
1463                 if (prev != bfqq->next_rq)
1464                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1465         }
1466
1467         /*
1468          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1469          * cases:
1470          *
1471          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1472          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1473          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1474          *   of information is used only for deciding whether to
1475          *   weight-raise async queues
1476          *
1477          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1478          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1479          *   stores the time when weight-raising starts
1480          *
1481          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1482          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1483          *   period must start or restart (this case is considered
1484          *   separately because it is not detected by the above
1485          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1486          *
1487          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1488          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1489          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1490          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1491          * needed.
1492          */
1493         if (bfqd->low_latency &&
1494                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1495                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1496 }
1497
1498 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1499                                           struct bio *bio,
1500                                           struct request_queue *q)
1501 {
1502         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1503
1504
1505         if (bfqq)
1506                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1507
1508         return NULL;
1509 }
1510
1511 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1512 {
1513         if (last_pos)
1514                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1515
1516         return 0;
1517 }
1518
1519 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1520 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1521 {
1522         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1523
1524         bfqd->rq_in_driver++;
1525 }
1526
1527 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1528 {
1529         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1530
1531         bfqd->rq_in_driver--;
1532 }
1533 #endif
1534
1535 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1536                                struct request *rq)
1537 {
1538         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1539         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1540         const int sync = rq_is_sync(rq);
1541
1542         if (bfqq->next_rq == rq) {
1543                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1544                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1545         }
1546
1547         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1548                 list_del_init(&rq->queuelist);
1549         bfqq->queued[sync]--;
1550         bfqd->queued--;
1551         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1552
1553         elv_rqhash_del(q, rq);
1554         if (q->last_merge == rq)
1555                 q->last_merge = NULL;
1556
1557         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1558                 bfqq->next_rq = NULL;
1559
1560                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1561                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1562                         /*
1563                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1564                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1565                          * bfqq->entity.budget must contain,
1566                          * respectively, the service received and the
1567                          * budget used last time bfqq emptied. These
1568                          * facts do not hold in this case, as at least
1569                          * this last removal occurred while bfqq is
1570                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1571                          * reset both bfqq->entity.service and
1572                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1573                          * process that may issue I/O requests to it.
1574                          */
1575                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1576                 }
1577
1578                 /*
1579                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1580                  */
1581                 if (bfqq->pos_root) {
1582                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1583                         bfqq->pos_root = NULL;
1584                 }
1585         }
1586
1587         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1588                 bfqq->meta_pending--;
1589
1590         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), rq->cmd_flags);
1591 }
1592
1593 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1594 {
1595         struct request_queue *q = hctx->queue;
1596         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1597         struct request *free = NULL;
1598         /*
1599          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1600          * store its return value for later use, to avoid nesting
1601          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1602          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1603          * bfqd->lock is taken.
1604          */
1605         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1606         bool ret;
1607
1608         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1609
1610         if (bic)
1611                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1612         else
1613                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1614         bfqd->bio_bic = bic;
1615
1616         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1617
1618         if (free)
1619                 blk_mq_free_request(free);
1620         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1621
1622         return ret;
1623 }
1624
1625 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1626                              struct bio *bio)
1627 {
1628         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1629         struct request *__rq;
1630
1631         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1632         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1633                 *req = __rq;
1634                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1635         }
1636
1637         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1638 }
1639
1640 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1641                                enum elv_merge type)
1642 {
1643         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1644             rb_prev(&req->rb_node) &&
1645             blk_rq_pos(req) <
1646             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1647                                     struct request, rb_node))) {
1648                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1649                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1650                 struct request *prev, *next_rq;
1651
1652                 /* Reposition request in its sort_list */
1653                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1654                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1655
1656                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1657                 prev = bfqq->next_rq;
1658                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1659                                          bfqd->last_position);
1660                 bfqq->next_rq = next_rq;
1661                 /*
1662                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1663                  * fit the new request and the queue's position in its
1664                  * rq_pos_tree.
1665                  */
1666                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1667                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1668                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1669                 }
1670         }
1671 }
1672
1673 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1674                                 struct request *next)
1675 {
1676         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1677
1678         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1679                 goto end;
1680         spin_lock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1681
1682         /*
1683          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1684          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1685          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1686          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1687          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1688          * which would most certainly be too expensive with respect to
1689          * the benefits.
1690          */
1691         if (bfqq == next_bfqq &&
1692             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1693             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1694                 list_del_init(&rq->queuelist);
1695                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1696                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1697         }
1698
1699         if (bfqq->next_rq == next)
1700                 bfqq->next_rq = rq;
1701
1702         bfq_remove_request(q, next);
1703
1704         spin_unlock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1705 end:
1706         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1707 }
1708
1709 /* Must be called with bfqq != NULL */
1710 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1711 {
1712         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1713                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1714         bfqq->wr_coeff = 1;
1715         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1716         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1717         /*
1718          * Trigger a weight change on the next invocation of
1719          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1720          */
1721         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1722 }
1723
1724 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1725                              struct bfq_group *bfqg)
1726 {
1727         int i, j;
1728
1729         for (i = 0; i < 2; i++)
1730                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1731                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1732                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1733         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1734                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1735 }
1736
1737 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1738 {
1739         struct bfq_queue *bfqq;
1740
1741         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1742
1743         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1744                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1745         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1746                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1747         bfq_end_wr_async(bfqd);
1748
1749         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1750 }
1751
1752 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1753 {
1754         if (request)
1755                 return blk_rq_pos(io_struct);
1756         else
1757                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1758 }
1759
1760 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1761                                   sector_t sector)
1762 {
1763         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1764                BFQQ_CLOSE_THR;
1765 }
1766
1767 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1768                                          struct bfq_queue *bfqq,
1769                                          sector_t sector)
1770 {
1771         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1772         struct rb_node *parent, *node;
1773         struct bfq_queue *__bfqq;
1774
1775         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1776                 return NULL;
1777
1778         /*
1779          * First, if we find a request starting at the end of the last
1780          * request, choose it.
1781          */
1782         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1783         if (__bfqq)
1784                 return __bfqq;
1785
1786         /*
1787          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1788          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1789          * next_request position).
1790          */
1791         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1792         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1793                 return __bfqq;
1794
1795         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1796                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1797         else
1798                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1799         if (!node)
1800                 return NULL;
1801
1802         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1803         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1804                 return __bfqq;
1805
1806         return NULL;
1807 }
1808
1809 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1810                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1811                                                    sector_t sector)
1812 {
1813         struct bfq_queue *bfqq;
1814
1815         /*
1816          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1817          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1818          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1819          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1820          * the best possible order for throughput.
1821          */
1822         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1823         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1824                 return NULL;
1825
1826         return bfqq;
1827 }
1828
1829 static struct bfq_queue *
1830 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1831 {
1832         int process_refs, new_process_refs;
1833         struct bfq_queue *__bfqq;
1834
1835         /*
1836          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1837          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1838          * may have dropped their last reference (not just their last process
1839          * reference).
1840          */
1841         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1842                 return NULL;
1843
1844         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1845         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1846                 if (__bfqq == bfqq)
1847                         return NULL;
1848                 new_bfqq = __bfqq;
1849         }
1850
1851         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1852         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1853         /*
1854          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1855          * sense in merging the queues.
1856          */
1857         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1858                 return NULL;
1859
1860         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1861                 new_bfqq->pid);
1862
1863         /*
1864          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1865          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1866          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1867          * first time that the requests of some process are redirected to
1868          * it.
1869          *
1870          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1871          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1872          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1873          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1874          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1875          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1876          *
1877          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1878          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1879          * best option, as we feed the in-service queue with new
1880          * requests close to the last request served and, by doing so,
1881          * are likely to increase the throughput.
1882          */
1883         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1884         new_bfqq->ref += process_refs;
1885         return new_bfqq;
1886 }
1887
1888 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1889                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1890 {
1891         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1892             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1893                 return false;
1894
1895         /*
1896          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1897          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1898          * sequential I/O.
1899          */
1900         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1901                 return false;
1902
1903         /*
1904          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1905          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1906          * queues.
1907          */
1908         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1909                 return false;
1910
1911         return true;
1912 }
1913
1914 /*
1915  * If this function returns true, then bfqq cannot be merged. The idea
1916  * is that true cooperation happens very early after processes start
1917  * to do I/O. Usually, late cooperations are just accidental false
1918  * positives. In case bfqq is weight-raised, such false positives
1919  * would evidently degrade latency guarantees for bfqq.
1920  */
1921 static bool wr_from_too_long(struct bfq_queue *bfqq)
1922 {
1923         return bfqq->wr_coeff > 1 &&
1924                 time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1925                                        msecs_to_jiffies(100));
1926 }
1927
1928 /*
1929  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1930  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1931  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1932  * structure otherwise.
1933  *
1934  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
1935  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
1936  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
1937  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
1938  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
1939  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
1940  *
1941  * Weight-raised queues can be merged only if their weight-raising
1942  * period has just started. In fact cooperating processes are usually
1943  * started together. Thus, with this filter we avoid false positives
1944  * that would jeopardize low-latency guarantees.
1945  *
1946  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
1947  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
1948  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
1949  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
1950  * requests than the ones produced by its originally-associated
1951  * process.
1952  */
1953 static struct bfq_queue *
1954 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1955                      void *io_struct, bool request)
1956 {
1957         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
1958
1959         if (bfqq->new_bfqq)
1960                 return bfqq->new_bfqq;
1961
1962         if (!io_struct ||
1963             wr_from_too_long(bfqq) ||
1964             unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1965                 return NULL;
1966
1967         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
1968         if (bfqd->busy_queues == 1)
1969                 return NULL;
1970
1971         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1972
1973         if (!in_service_bfqq || in_service_bfqq == bfqq
1974             || wr_from_too_long(in_service_bfqq) ||
1975             unlikely(in_service_bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1976                 goto check_scheduled;
1977
1978         if (bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
1979             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
1980             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
1981                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
1982                 if (new_bfqq)
1983                         return new_bfqq;
1984         }
1985         /*
1986          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
1987          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
1988          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
1989          */
1990 check_scheduled:
1991         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
1992                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
1993
1994         if (new_bfqq && !wr_from_too_long(new_bfqq) &&
1995             likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
1996             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
1997                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
1998
1999         return NULL;
2000 }
2001
2002 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2003 {
2004         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2005
2006         /*
2007          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2008          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2009          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2010          */
2011         if (!bic)
2012                 return;
2013
2014         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2015         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2016         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2017         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2018         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2019         bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2020         bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2021         bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2022         bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2023 }
2024
2025 static void
2026 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2027                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2028 {
2029         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2030                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2031         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2032         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2033         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2034         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2035                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2036         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2037
2038         /*
2039          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2040          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2041          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2042          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2043          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2044          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2045          * easy, thanks to the flag just_created.
2046          */
2047         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2048                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2049                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2050                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2051                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2052                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2053                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2054                         bfqd->wr_busy_queues++;
2055                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2056         }
2057
2058         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2059                 bfqq->wr_coeff = 1;
2060                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2061                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2062                         bfqd->wr_busy_queues--;
2063         }
2064
2065         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2066                      bfqd->wr_busy_queues);
2067
2068         /*
2069          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2070          */
2071         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2072         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2073         /*
2074          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2075          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2076          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2077          *   be set to NULL, or
2078          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2079          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2080          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2081          *   assignment causes no harm).
2082          */
2083         new_bfqq->bic = NULL;
2084         bfqq->bic = NULL;
2085         /* release process reference to bfqq */
2086         bfq_put_queue(bfqq);
2087 }
2088
2089 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2090                                 struct bio *bio)
2091 {
2092         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2093         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2094         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2095
2096         /*
2097          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2098          */
2099         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2100                 return false;
2101
2102         /*
2103          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2104          * merge only if rq is queued there.
2105          */
2106         if (!bfqq)
2107                 return false;
2108
2109         /*
2110          * We take advantage of this function to perform an early merge
2111          * of the queues of possible cooperating processes.
2112          */
2113         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2114         if (new_bfqq) {
2115                 /*
2116                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2117                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2118                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2119                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2120                  * and bfqq can be put.
2121                  */
2122                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2123                                 new_bfqq);
2124                 /*
2125                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2126                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2127                  * merged.
2128                  */
2129                 bfqq = new_bfqq;
2130
2131                 /*
2132                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2133                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2134                  * this function may be invoked again (and then may
2135                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2136                  */
2137                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2138         }
2139
2140         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2141 }
2142
2143 /*
2144  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2145  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2146  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2147  * processes.
2148  */
2149 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2150                                    struct bfq_queue *bfqq)
2151 {
2152         unsigned int timeout_coeff;
2153
2154         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2155                 timeout_coeff = 1;
2156         else
2157                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2158
2159         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2160
2161         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2162                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2163 }
2164
2165 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2166                                        struct bfq_queue *bfqq)
2167 {
2168         if (bfqq) {
2169                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqq_group(bfqq));
2170                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2171
2172                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2173
2174                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2175                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2176                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2177                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2178                         /*
2179                          * For soft real-time queues, move the start
2180                          * of the weight-raising period forward by the
2181                          * time the queue has not received any
2182                          * service. Otherwise, a relatively long
2183                          * service delay is likely to cause the
2184                          * weight-raising period of the queue to end,
2185                          * because of the short duration of the
2186                          * weight-raising period of a soft real-time
2187                          * queue.  It is worth noting that this move
2188                          * is not so dangerous for the other queues,
2189                          * because soft real-time queues are not
2190                          * greedy.
2191                          *
2192                          * To not add a further variable, we use the
2193                          * overloaded field budget_timeout to
2194                          * determine for how long the queue has not
2195                          * received service, i.e., how much time has
2196                          * elapsed since the queue expired. However,
2197                          * this is a little imprecise, because
2198                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2199                          * not only expires, but also remains with no
2200                          * request.
2201                          */
2202                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2203                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2204                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2205                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2206                         else
2207                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2208                 }
2209
2210                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2211                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2212                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2213                              bfqq->entity.budget);
2214         }
2215
2216         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2217 }
2218
2219 /*
2220  * Get and set a new queue for service.
2221  */
2222 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2223 {
2224         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2225
2226         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2227         return bfqq;
2228 }
2229
2230 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2231 {
2232         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2233         u32 sl;
2234
2235         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2236
2237         /*
2238          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2239          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2240          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2241          */
2242         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2243         /*
2244          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2245          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2246          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2247          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2248          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2249          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2250          * needed if the queue has a higher weight than some other
2251          * queue).
2252          */
2253         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2254             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2255                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2256
2257         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2258         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2259                       HRTIMER_MODE_REL);
2260         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2261 }
2262
2263 /*
2264  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2265  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2266  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2267  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2268  * this maximises throughput with sequential workloads.
2269  */
2270 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2271 {
2272         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2273                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2278  * function of the estimated peak rate. See comments on
2279  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2280  */
2281 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2282 {
2283         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2284
2285         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2286                 bfqd->bfq_max_budget =
2287                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2288
2289         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2290             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2291                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2292                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2293                         T_slow[dev_type];
2294         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2295                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2296                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2297                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2298                         T_fast[dev_type];
2299         }
2300
2301         bfq_log(bfqd,
2302 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2303                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2304                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2305                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2306                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2307                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2308                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2309                 BFQ_RATE_SHIFT);
2310 }
2311
2312 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2313                                        struct request *rq)
2314 {
2315         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2316                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2317                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2318                 bfqd->sequential_samples = 0;
2319                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2320                         blk_rq_sectors(rq);
2321         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2322                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2323
2324         bfq_log(bfqd,
2325                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2326                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2327                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2328 }
2329
2330 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2331 {
2332         u32 rate, weight, divisor;
2333
2334         /*
2335          * For the convergence property to hold (see comments on
2336          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2337          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2338          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2339          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2340          * for a new evaluation attempt.
2341          */
2342         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2343             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2344                 goto reset_computation;
2345
2346         /*
2347          * If a new request completion has occurred after last
2348          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2349          * have been served by the device, it is more precise to
2350          * extend the observation interval to the last completion.
2351          */
2352         bfqd->delta_from_first =
2353                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2354                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2355
2356         /*
2357          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2358          * precision issues.
2359          */
2360         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2361                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2362
2363         /*
2364          * Peak rate not updated if:
2365          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2366          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2367          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2368          */
2369         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2370              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2371                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2372                 goto reset_computation;
2373
2374         /*
2375          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2376          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2377          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2378          * measured rate.
2379          *
2380          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2381          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2382          * and to how long the observation time interval is.
2383          *
2384          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2385          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2386          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2387          * the measured rate contributes for half of the next value of
2388          * the estimated peak rate.
2389          *
2390          * So, the first step is to compute the weight as a function
2391          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2392          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2393          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2394          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2395          * incremented for the first sample.
2396          */
2397         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2398
2399         /*
2400          * Second step: further refine the weight as a function of the
2401          * duration of the observation interval.
2402          */
2403         weight = min_t(u32, 8,
2404                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2405                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2406
2407         /*
2408          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2409          * maximum weight.
2410          */
2411         divisor = 10 - weight;
2412
2413         /*
2414          * Finally, update peak rate:
2415          *
2416          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2417          */
2418         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2419         bfqd->peak_rate /= divisor;
2420         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2421
2422         bfqd->peak_rate += rate;
2423         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2424
2425 reset_computation:
2426         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2427 }
2428
2429 /*
2430  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2431  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2432  *
2433  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2434  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2435  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2436  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2437  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2438  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2439  * by the device.
2440  *
2441  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2442  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2443  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2444  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2445  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2446  * unknown, namely in-device request service rate.
2447  *
2448  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2449  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2450  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2451  * same requests are then served. But, since the size of any
2452  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2453  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2454  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2455  * closer and closer to the number of requests completed as the
2456  * observation interval grows. This is the key property used in
2457  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2458  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2459  * on every request dispatch.
2460  */
2461 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2462 {
2463         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2464
2465         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2466                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2467                         bfqd->peak_rate_samples);
2468                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2469                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2470         }
2471
2472         /*
2473          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2474          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2475          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2476          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2477          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2478          * taken:
2479          * - close the observation interval at the last (previous)
2480          *   request dispatch or completion
2481          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2482          * - start a new observation interval with this dispatch
2483          */
2484         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2485             bfqd->rq_in_driver == 0)
2486                 goto update_rate_and_reset;
2487
2488         /* Update sampling information */
2489         bfqd->peak_rate_samples++;
2490
2491         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2492                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2493              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2494                 bfqd->sequential_samples++;
2495
2496         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2497
2498         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2499         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2500                 bfqd->last_rq_max_size =
2501                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2502         else
2503                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2504
2505         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2506
2507         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2508         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2509                 goto update_last_values;
2510
2511 update_rate_and_reset:
2512         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2513 update_last_values:
2514         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2515         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2516 }
2517
2518 /*
2519  * Remove request from internal lists.
2520  */
2521 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2522 {
2523         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2524
2525         /*
2526          * For consistency, the next instruction should have been
2527          * executed after removing the request from the queue and
2528          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2529          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2530          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2531          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2532          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2533          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2534          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2535          * happens to be taken into account.
2536          */
2537         bfqq->dispatched++;
2538         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2539
2540         bfq_remove_request(q, rq);
2541 }
2542
2543 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2544 {
2545         /*
2546          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2547          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2548          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2549          * break the queues apart again.
2550          */
2551         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2552                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2553
2554         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2555                 if (bfqq->dispatched == 0)
2556                         /*
2557                          * Overloading budget_timeout field to store
2558                          * the time at which the queue remains with no
2559                          * backlog and no outstanding request; used by
2560                          * the weight-raising mechanism.
2561                          */
2562                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2563
2564                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2565         } else {
2566                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2567                 /*
2568                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2569                  */
2570                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2571         }
2572
2573         /*
2574          * All in-service entities must have been properly deactivated
2575          * or requeued before executing the next function, which
2576          * resets all in-service entites as no more in service.
2577          */
2578         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2579 }
2580
2581 /**
2582  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2583  * @bfqd: device data.
2584  * @bfqq: queue to update.
2585  * @reason: reason for expiration.
2586  *
2587  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2588  * See the body for detailed comments.
2589  */
2590 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2591                                      struct bfq_queue *bfqq,
2592                                      enum bfqq_expiration reason)
2593 {
2594         struct request *next_rq;
2595         int budget, min_budget;
2596
2597         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2598
2599         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2600                 budget = bfqq->max_budget;
2601         else /*
2602               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2603               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2604               * than the minimum possible budget, to cause a little
2605               * bit fewer expirations.
2606               */
2607                 budget = 2 * min_budget;
2608
2609         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2610                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2611         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2612                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2613         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2614                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2615
2616         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2617                 switch (reason) {
2618                 /*
2619                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2620                  * for throughput.
2621                  */
2622                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2623                         /*
2624                          * This is the only case where we may reduce
2625                          * the budget: if there is no request of the
2626                          * process still waiting for completion, then
2627                          * we assume (tentatively) that the timer has
2628                          * expired because the batch of requests of
2629                          * the process could have been served with a
2630                          * smaller budget.  Hence, betting that
2631                          * process will behave in the same way when it
2632                          * becomes backlogged again, we reduce its
2633                          * next budget.  As long as we guess right,
2634                          * this budget cut reduces the latency
2635                          * experienced by the process.
2636                          *
2637                          * However, if there are still outstanding
2638                          * requests, then the process may have not yet
2639                          * issued its next request just because it is
2640                          * still waiting for the completion of some of
2641                          * the still outstanding ones.  So in this
2642                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2643                          * contrary we increase it to possibly boost
2644                          * the throughput, as discussed in the
2645                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2646                          */
2647                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2648                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2649                         else {
2650                                 if (budget > 5 * min_budget)
2651                                         budget -= 4 * min_budget;
2652                                 else
2653                                         budget = min_budget;
2654                         }
2655                         break;
2656                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2657                         /*
2658                          * We double the budget here because it gives
2659                          * the chance to boost the throughput if this
2660                          * is not a seeky process (and has bumped into
2661                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2662                          */
2663                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2664                         break;
2665                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2666                         /*
2667                          * The process still has backlog, and did not
2668                          * let either the budget timeout or the disk
2669                          * idling timeout expire. Hence it is not
2670                          * seeky, has a short thinktime and may be
2671                          * happy with a higher budget too. So
2672                          * definitely increase the budget of this good
2673                          * candidate to boost the disk throughput.
2674                          */
2675                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2676                         break;
2677                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2678                         /*
2679                          * For queues that expire for this reason, it
2680                          * is particularly important to keep the
2681                          * budget close to the actual service they
2682                          * need. Doing so reduces the timestamp
2683                          * misalignment problem described in the
2684                          * comments in the body of
2685                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2686                          * that a queue systematically expires for
2687                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2688                          * new request in time to enjoy timestamp
2689                          * back-shifting. The larger the budget of the
2690                          * queue is with respect to the service the
2691                          * queue actually requests in each service
2692                          * slot, the more times the queue can be
2693                          * reactivated with the same virtual finish
2694                          * time. It follows that, even if this finish
2695                          * time is pushed to the system virtual time
2696                          * to reduce the consequent timestamp
2697                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2698                          * many re-activations a lower finish time
2699                          * than all newly activated queues.
2700                          *
2701                          * The service needed by bfqq is measured
2702                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2703                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2704                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2705                          * of sectors that the process associated with
2706                          * bfqq requested to read/write before waiting
2707                          * for request completions, or blocking for
2708                          * other reasons.
2709                          */
2710                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2711                         break;
2712                 default:
2713                         return;
2714                 }
2715         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2716                 /*
2717                  * Async queues get always the maximum possible
2718                  * budget, as for them we do not care about latency
2719                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2720                  * by the charging factor).
2721                  */
2722                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2723         }
2724
2725         bfqq->max_budget = budget;
2726
2727         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2728             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2729                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2730
2731         /*
2732          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2733          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2734          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2735          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2736          * update.
2737          *
2738          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2739          * it will be updated on the arrival of a new request.
2740          */
2741         next_rq = bfqq->next_rq;
2742         if (next_rq)
2743                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2744                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2745
2746         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2747                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2748                         bfqq->entity.budget);
2749 }
2750
2751 /*
2752  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2753  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2754  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2755  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2756  * on the function bfq_bfqq_expire().
2757  *
2758  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2759  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2760  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2761  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2762  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2763  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2764  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2765  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2766  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2767  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2768  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2769  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2770  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2771  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2772  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2773  * finishes.
2774  *
2775  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2776  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2777  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2778  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2779  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2780  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2781  */
2782 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2783                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2784                                  unsigned long *delta_ms)
2785 {
2786         ktime_t delta_ktime;
2787         u32 delta_usecs;
2788         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2789
2790         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2791                 return false;
2792
2793         if (compensate)
2794                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2795         else
2796                 delta_ktime = ktime_get();
2797         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2798         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2799
2800         /* don't use too short time intervals */
2801         if (delta_usecs < 1000) {
2802                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2803                          /*
2804                           * give same worst-case guarantees as idling
2805                           * for seeky
2806                           */
2807                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2808                 else /* charge at least one seek */
2809                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2810
2811                 return slow;
2812         }
2813
2814         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2815
2816         /*
2817          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2818          * spikes in service rate estimation.
2819          */
2820         if (delta_usecs > 20000) {
2821                 /*
2822                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2823                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2824                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2825                  * rate is likely to be an average over the disk
2826                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2827                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2828                  * its rate has been lower than half of the estimated
2829                  * peak rate.
2830                  */
2831                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2832         }
2833
2834         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2835
2836         return slow;
2837 }
2838
2839 /*
2840  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2841  * requirements. First, the application must not require an average
2842  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2843  * record a compressed high-definition video.
2844  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2845  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2846  * that, if the next request of the application does not arrive before
2847  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2848  *
2849  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2850  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2851  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2852  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2853  * and so on.
2854  * For this reason the next function is invoked to compute
2855  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2856  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2857  * not.
2858  *
2859  * Unfortunately, even a greedy application may happen to behave in an
2860  * isochronous way if the CPU load is high. In fact, the application may
2861  * stop issuing requests while the CPUs are busy serving other processes,
2862  * then restart, then stop again for a while, and so on. In addition, if
2863  * the disk achieves a low enough throughput with the request pattern
2864  * issued by the application (e.g., because the request pattern is random
2865  * and/or the device is slow), then the application may meet the above
2866  * bandwidth requirement too. To prevent such a greedy application to be
2867  * deemed as soft real-time, a further rule is used in the computation of
2868  * soft_rt_next_start: soft_rt_next_start must be higher than the current
2869  * time plus the maximum time for which the arrival of a request is waited
2870  * for when a sync queue becomes idle, namely bfqd->bfq_slice_idle.
2871  * This filters out greedy applications, as the latter issue instead their
2872  * next request as soon as possible after the last one has been completed
2873  * (in contrast, when a batch of requests is completed, a soft real-time
2874  * application spends some time processing data).
2875  *
2876  * Unfortunately, the last filter may easily generate false positives if
2877  * only bfqd->bfq_slice_idle is used as a reference time interval and one
2878  * or both the following cases occur:
2879  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or higher
2880  *    than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow devices with
2881  *    HZ=100.
2882  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
2883  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
2884  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
2885  * To address this issue, we do not use as a reference time interval just
2886  * bfqd->bfq_slice_idle, but bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In
2887  * particular we add the minimum number of jiffies for which the filter
2888  * seems to be quite precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual
2889  * machines.
2890  */
2891 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
2892                                                 struct bfq_queue *bfqq)
2893 {
2894         return max(bfqq->last_idle_bklogged +
2895                    HZ * bfqq->service_from_backlogged /
2896                    bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
2897                    jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
2898 }
2899
2900 /*
2901  * Return the farthest future time instant according to jiffies
2902  * macros.
2903  */
2904 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
2905 {
2906         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
2907 }
2908
2909 /*
2910  * Return the farthest past time instant according to jiffies
2911  * macros.
2912  */
2913 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
2914 {
2915         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
2916 }
2917
2918 /**
2919  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
2920  * @bfqd: device owning the queue.
2921  * @bfqq: the queue to expire.
2922  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
2923  * @reason: the reason causing the expiration.
2924  *
2925  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
2926  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
2927  * in service instead of the service it has received (see
2928  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
2929  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
2930  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
2931  * received more service than what it has actually received. In the
2932  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
2933  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
2934  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
2935  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
2936  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
2937  * charge bfqq exactly with the service it has received.
2938  *
2939  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
2940  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
2941  * former on a timeslice basis, without violating service domain
2942  * guarantees among the latter.
2943  */
2944 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
2945                      struct bfq_queue *bfqq,
2946                      bool compensate,
2947                      enum bfqq_expiration reason)
2948 {
2949         bool slow;
2950         unsigned long delta = 0;
2951         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
2952         int ref;
2953
2954         /*
2955          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
2956          */
2957         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
2958
2959         /*
2960          * Increase service_from_backlogged before next statement,
2961          * because the possible next invocation of
2962          * bfq_bfqq_charge_time would likely inflate
2963          * entity->service. In contrast, service_from_backlogged must
2964          * contain real service, to enable the soft real-time
2965          * heuristic to correctly compute the bandwidth consumed by
2966          * bfqq.
2967          */
2968         bfqq->service_from_backlogged += entity->service;
2969
2970         /*
2971          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
2972          * timed-out queues with the time and not the service
2973          * received, to favor sequential workloads.
2974          *
2975          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
2976          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
2977          * estimated peak rate is actually an average over the disk
2978          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
2979          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
2980          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
2981          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
2982          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
2983          * or quasi-sequential processes.
2984          */
2985         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
2986             (slow ||
2987              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
2988               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
2989                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
2990
2991         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
2992             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
2993                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2994
2995         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
2996                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2997
2998         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
2999             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3000                 /*
3001                  * If we get here, and there are no outstanding
3002                  * requests, then the request pattern is isochronous
3003                  * (see the comments on the function
3004                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3005                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3006                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3007                  * the completion of all the outstanding requests to
3008                  * discover whether the request pattern is actually
3009                  * isochronous.
3010                  */
3011                 if (bfqq->dispatched == 0)
3012                         bfqq->soft_rt_next_start =
3013                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3014                 else {
3015                         /*
3016                          * The application is still waiting for the
3017                          * completion of one or more requests:
3018                          * prevent it from possibly being incorrectly
3019                          * deemed as soft real-time by setting its
3020                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3021                          * without this assignment, the application
3022                          * would be incorrectly deemed as soft
3023                          * real-time if:
3024                          * 1) it issued a new request before the
3025                          *    completion of all its in-flight
3026                          *    requests, and
3027                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3028                          *    happened to be in the past.
3029                          */
3030                         bfqq->soft_rt_next_start =
3031                                 bfq_greatest_from_now();
3032                         /*
3033                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3034                          * the task may be discovered to be isochronous.
3035                          */
3036                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3037                 }
3038         }
3039
3040         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3041                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3042                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3043
3044         /*
3045          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3046          * reason.
3047          */
3048         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3049         ref = bfqq->ref;
3050         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3051
3052         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3053         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3054             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3055             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3056                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3057 }
3058
3059 /*
3060  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3061  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3062  * idle timer expirations.
3063  */
3064 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3065 {
3066         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3067 }
3068
3069 /*
3070  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3071  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3072  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3073  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3074  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3075  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3076  */
3077 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3078 {
3079         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3080                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3081                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3082                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3083                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3084
3085         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3086                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3087                 &&
3088                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3089 }
3090
3091 /*
3092  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3093  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3094  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3095  * service guarantees, the return value of this function plays a
3096  * critical role in both these aspects as well.
3097  *
3098  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3099  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3100  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3101  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3102  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3103  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3104  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3105  * issue.
3106  *
3107  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3108  * first, computing a number of boolean variables that take into
3109  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3110  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3111  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3112  * individually while introducing the variables.
3113  */
3114 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3115 {
3116         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3117         bool rot_without_queueing =
3118                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3119                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3120                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3121                 idling_needed_for_service_guarantees,
3122                 asymmetric_scenario;
3123
3124         if (bfqd->strict_guarantees)
3125                 return true;
3126
3127         /*
3128          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3129          * do not idle if
3130          * (a) bfqq is async
3131          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3132          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3133          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3134          */
3135         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3136             bfq_class_idle(bfqq))
3137                 return false;
3138
3139         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3140                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3141
3142         /*
3143          * The next variable takes into account the cases where idling
3144          * boosts the throughput.
3145          *
3146          * The value of the variable is computed considering, first, that
3147          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3148          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3149          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3150          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3151          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3152          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3153          *     I/O-bound and sequential.
3154          *
3155          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3156          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3157          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3158          * the throughput in proportion to how fast the device
3159          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3160          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3161          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3162          * flash-based device.
3163          */
3164         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3165                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3166                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3167
3168         /*
3169          * The value of the next variable,
3170          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3171          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3172          * special case, described below, idling may cause problems to
3173          * weight-raised queues.
3174          *
3175          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3176          * of write hogs), if the processes associated with
3177          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3178          * then processes associated with weight-raised queues have a
3179          * higher probability to get a request from the pool
3180          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3181          * they have a higher probability to actually get a fraction
3182          * of the device throughput proportional to their high
3183          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3184          * which enqueue several requests in advance, and further
3185          * reorder internally-queued requests.
3186          *
3187          * For this reason, we force to false the value of
3188          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3189          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3190          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3191          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3192          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3193          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3194          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3195          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3196          * to ask for a lower number of requests from the request
3197          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3198          * again. This often mitigates starvation problems in the
3199          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3200          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3201          * in these hostile scenarios.
3202          */
3203         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3204                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3205
3206         /*
3207          * There is then a case where idling must be performed not
3208          * for throughput concerns, but to preserve service
3209          * guarantees.
3210          *
3211          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3212          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3213          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3214          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3215          * actual request service order. In particular, the critical
3216          * situation is when requests from different processes happen
3217          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3218          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3219          * the service order of the internally-queued requests, does
3220          * determine also the actual throughput distribution among
3221          * these processes. But the drive typically has no notion or
3222          * concern about per-process throughput distribution, and
3223          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3224          * the service distribution enforced by the drive's internal
3225          * scheduler is likely to coincide with the desired
3226          * device-throughput distribution only in a completely
3227          * symmetric scenario where:
3228          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3229          *      the others;
3230          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3231                 (either sequential or random).
3232          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3233          * the requests of each of these processes in about the same
3234          * way as the requests of the others, and thus to provide
3235          * each of these processes with about the same throughput
3236          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3237          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3238          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3239          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3240          * details).
3241          *
3242          * We address this issue by controlling, actually, only the
3243          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3244          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3245          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3246          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3247          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3248          * many requests, possibly of several processes. The reason
3249          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3250          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3251          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3252          * explained in the next two paragraphs.
3253          *
3254          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3255          * can still preempt the new in-service queue if the next
3256          * request of Q arrives soon (see the comments on
3257          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3258          * groups have the same weight, this form of preemption,
3259          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3260          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3261          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3262          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3263          * idling allows the internal queues of the device to contain
3264          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3265          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3266          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3267          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3268          * service guarantees are preserved without minimally
3269          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3270          * throughput and its desired distribution are obtained.
3271          *
3272          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3273          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3274          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3275          * that there are two queues with the same weight, but that
3276          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3277          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3278          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3279          * most one request at a time, which implies that each queue
3280          * always remains idle after it is served. Finally, after
3281          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3282          * request. It follows that the two queues are served
3283          * alternatively, preempting each other if needed. This
3284          * implies that, although both queues have the same weight,
3285          * the queue with large requests receives a service that is
3286          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3287          * queue.
3288          *
3289          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3290          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3291          * following queues, which are likely to need stronger
3292          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3293          * with a higher weight than other queues. When such queues
3294          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3295          * device idling.
3296          *
3297          * According to the above considerations, the next variable is
3298          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3299          * value of this variable, we not only use the return value of
3300          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3301          * whether bfqq is being weight-raised, because
3302          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3303          * weight-raised queues (see comments on
3304          * bfq_weights_tree_add()).
3305          *
3306          * As a side note, it is worth considering that the above
3307          * device-idling countermeasures may however fail in the
3308          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3309          * disabled in a time period during which all symmetry
3310          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3311          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3312          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3313          * to let requests be served in the desired order until all
3314          * the requests already queued in the device have been served.
3315          */
3316         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3317                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3318
3319         /*
3320          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3321          * best choice even if it may cause unfairness toward
3322          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3323          * queue activations. Queues that became active during a large
3324          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3325          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3326          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3327          * then the device must no be idled, because not idling the
3328          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3329          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3330          * now establish when idling is actually needed to preserve
3331          * service guarantees.
3332          */
3333         idling_needed_for_service_guarantees =
3334                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3335
3336         /*
3337          * We have now all the components we need to compute the
3338          * return value of the function, which is true only if idling
3339          * either boosts the throughput (without issues), or is
3340          * necessary to preserve service guarantees.
3341          */
3342         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3343                 idling_needed_for_service_guarantees;
3344 }
3345
3346 /*
3347  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3348  * returns true, then:
3349  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3350  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3351  *    request for the queue.
3352  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3353  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3354  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3355  * returns true.
3356  */
3357 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3358 {
3359         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3360 }
3361
3362 /*
3363  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3364  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3365  */
3366 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3367 {
3368         struct bfq_queue *bfqq;
3369         struct request *next_rq;
3370         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3371
3372         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3373         if (!bfqq)
3374                 goto new_queue;
3375
3376         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3377
3378         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3379             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3380             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3381                 goto expire;
3382
3383 check_queue:
3384         /*
3385          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3386          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3387          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3388          * request served.
3389          */
3390         next_rq = bfqq->next_rq;
3391         /*
3392          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3393          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3394          */
3395         if (next_rq) {
3396                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3397                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3398                         /*
3399                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3400                          * which makes sure that the next budget is
3401                          * enough to serve the next request, even if
3402                          * it comes from the fifo expired path.
3403                          */
3404                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3405                         goto expire;
3406                 } else {
3407                         /*
3408                          * The idle timer may be pending because we may
3409                          * not disable disk idling even when a new request
3410                          * arrives.
3411                          */
3412                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3413                                 /*
3414                                  * If we get here: 1) at least a new request
3415                                  * has arrived but we have not disabled the
3416                                  * timer because the request was too small,
3417                                  * 2) then the block layer has unplugged
3418                                  * the device, causing the dispatch to be
3419                                  * invoked.
3420                                  *
3421                                  * Since the device is unplugged, now the
3422                                  * requests are probably large enough to
3423                                  * provide a reasonable throughput.
3424                                  * So we disable idling.
3425                                  */
3426                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3427                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3428                                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3429                         }
3430                         goto keep_queue;
3431                 }
3432         }
3433
3434         /*
3435          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3436          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3437          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3438          */
3439         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3440             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3441                 bfqq = NULL;
3442                 goto keep_queue;
3443         }
3444
3445         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3446 expire:
3447         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3448 new_queue:
3449         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3450         if (bfqq) {
3451                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3452                 goto check_queue;
3453         }
3454 keep_queue:
3455         if (bfqq)
3456                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3457         else
3458                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3459
3460         return bfqq;
3461 }
3462
3463 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3464 {
3465         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3466
3467         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3468                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3469                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3470                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3471                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3472                         bfqq->wr_coeff,
3473                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3474
3475                 if (entity->prio_changed)
3476                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3477
3478                 /*
3479                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3480                  * time has elapsed from the beginning of this
3481                  * weight-raising period, then end weight raising.
3482                  */
3483                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3484                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3485                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3486                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3487                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3488                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3489                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3490                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3491                         else {
3492                                 /* switch back to interactive wr */
3493                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
3494                                 bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
3495                                 bfqq->last_wr_start_finish =
3496                                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3497                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3498                         }
3499                 }
3500         }
3501         /*
3502          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3503          * update weight both if it must be raised and if it must be
3504          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3505          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3506          * next function with the last parameter unset (see the
3507          * comments on the function).
3508          */
3509         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3510                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3511                                                 entity, false);
3512 }
3513
3514 /*
3515  * Dispatch next request from bfqq.
3516  */
3517 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3518                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3519 {
3520         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3521         unsigned long service_to_charge;
3522
3523         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3524
3525         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3526
3527         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3528
3529         /*
3530          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3531          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3532          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3533          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3534          * weight-raised during this service slot, even if it has
3535          * received part or even most of the service as a
3536          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3537          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3538          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3539          */
3540         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3541
3542         /*
3543          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3544          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3545          * service.
3546          */
3547         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3548                 goto expire;
3549
3550         return rq;
3551
3552 expire:
3553         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3554         return rq;
3555 }
3556
3557 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3558 {
3559         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3560
3561         /*
3562          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3563          * most a call to dispatch for nothing
3564          */
3565         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3566                 bfqd->busy_queues > 0;
3567 }
3568
3569 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3570 {
3571         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3572         struct request *rq = NULL;
3573         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3574
3575         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3576                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3577                                       queuelist);
3578                 list_del_init(&rq->queuelist);
3579
3580                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3581
3582                 if (bfqq) {
3583                         /*
3584                          * Increment counters here, because this
3585                          * dispatch does not follow the standard
3586                          * dispatch flow (where counters are
3587                          * incremented)
3588                          */
3589                         bfqq->dispatched++;
3590
3591                         goto inc_in_driver_start_rq;
3592                 }
3593
3594                 /*
3595                  * We exploit the put_rq_private hook to decrement
3596                  * rq_in_driver, but put_rq_private will not be
3597                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3598                  * just start this request, without incrementing
3599                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3600                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3601                  * while this request is in service. This may cause
3602                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3603                  *
3604                  * As for implementing an exact solution, the
3605                  * put_request hook, if defined, is probably invoked
3606                  * also on this request. So, by exploiting this hook,
3607                  * we could 1) increment rq_in_driver here, and 2)
3608                  * decrement it in put_request. Such a solution would
3609                  * let the value of the counter be always accurate,
3610                  * but it would entail using an extra interface
3611                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3612                  * being the frequency of non-elevator-private
3613                  * requests very low.
3614                  */
3615                 goto start_rq;
3616         }
3617
3618         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3619
3620         if (bfqd->busy_queues == 0)
3621                 goto exit;
3622
3623         /*
3624          * Force device to serve one request at a time if
3625          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3626          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3627          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3628          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3629          * some unlucky request wait for as long as the device
3630          * wishes.
3631          *
3632          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3633          * throughput.
3634          */
3635         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3636                 goto exit;
3637
3638         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3639         if (!bfqq)
3640                 goto exit;
3641
3642         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3643
3644         if (rq) {
3645 inc_in_driver_start_rq:
3646                 bfqd->rq_in_driver++;
3647 start_rq:
3648                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3649         }
3650 exit:
3651         return rq;
3652 }
3653
3654 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3655 {
3656         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3657         struct request *rq;
3658
3659         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3660
3661         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3662         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3663
3664         return rq;
3665 }
3666
3667 /*
3668  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3669  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3670  *
3671  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3672  * this function on it.
3673  */
3674 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3675 {
3676 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3677         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3678 #endif
3679
3680         if (bfqq->bfqd)
3681                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3682                              bfqq, bfqq->ref);
3683
3684         bfqq->ref--;
3685         if (bfqq->ref)
3686                 return;
3687
3688         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
3689                 /*
3690                  * The fact that this queue is being destroyed does not
3691                  * invalidate the fact that this queue may have been
3692                  * activated during the current burst. As a consequence,
3693                  * although the queue does not exist anymore, and hence
3694                  * needs to be removed from the burst list if there,
3695                  * the burst size has not to be decremented.
3696                  */
3697                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3698
3699         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3700 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3701         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3702 #endif
3703 }
3704
3705 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3706 {
3707         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3708
3709         /*
3710          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3711          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3712          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3713          */
3714         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3715         while (__bfqq) {
3716                 if (__bfqq == bfqq)
3717                         break;
3718                 next = __bfqq->new_bfqq;
3719                 bfq_put_queue(__bfqq);
3720                 __bfqq = next;
3721         }
3722 }
3723
3724 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3725 {
3726         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3727                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3728                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3729         }
3730
3731         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3732
3733         bfq_put_cooperator(bfqq);
3734
3735         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3736 }
3737
3738 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3739 {
3740         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3741         struct bfq_data *bfqd;
3742
3743         if (bfqq)
3744                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3745
3746         if (bfqq && bfqd) {
3747                 unsigned long flags;
3748
3749                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3750                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3751                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3752                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3753         }
3754 }
3755
3756 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3757 {
3758         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3759
3760         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3761         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3762 }
3763
3764 /*
3765  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3766  * be used until the next (re)activation.
3767  */
3768 static void
3769 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3770 {
3771         struct task_struct *tsk = current;
3772         int ioprio_class;
3773         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3774
3775         if (!bfqd)
3776                 return;
3777
3778         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3779         switch (ioprio_class) {
3780         default:
3781                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3782                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3783                 /* fall through */
3784         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3785                 /*
3786                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3787                  */
3788                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3789                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3790                 break;
3791         case IOPRIO_CLASS_RT:
3792                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3793                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3794                 break;
3795         case IOPRIO_CLASS_BE:
3796                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3797                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3798                 break;
3799         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3800                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3801                 bfqq->new_ioprio = 7;
3802                 break;
3803         }
3804
3805         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3806                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3807                         bfqq->new_ioprio);
3808                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
3809         }
3810
3811         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3812         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3813 }
3814
3815 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3816                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3817                                        struct bfq_io_cq *bic);
3818
3819 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3820 {
3821         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3822         struct bfq_queue *bfqq;
3823         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
3824
3825         /*
3826          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
3827          * drop the lock before returning.
3828          */
3829         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
3830                 return;
3831
3832         bic->ioprio = ioprio;
3833
3834         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
3835         if (bfqq) {
3836                 /* release process reference on this queue */
3837                 bfq_put_queue(bfqq);
3838                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
3839                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
3840         }
3841
3842         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
3843         if (bfqq)
3844                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3845 }
3846
3847 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3848                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
3849 {
3850         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
3851         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
3852         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
3853
3854         bfqq->ref = 0;
3855         bfqq->bfqd = bfqd;
3856
3857         if (bic)
3858                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3859
3860         if (is_sync) {
3861                 /*
3862                  * No need to mark as has_short_ttime if in
3863                  * idle_class, because no device idling is performed
3864                  * for queues in idle class
3865                  */
3866                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
3867                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
3868                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3869                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
3870                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
3871         } else
3872                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
3873
3874         /* set end request to minus infinity from now */
3875         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
3876
3877         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
3878
3879         bfqq->pid = pid;
3880
3881         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
3882         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
3883         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
3884
3885         bfqq->wr_coeff = 1;
3886         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3887         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3888         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
3889
3890         /*
3891          * Set to the value for which bfqq will not be deemed as
3892          * soft rt when it becomes backlogged.
3893          */
3894         bfqq->soft_rt_next_start = bfq_greatest_from_now();
3895
3896         /* first request is almost certainly seeky */
3897         bfqq->seek_history = 1;
3898 }
3899
3900 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
3901                                                struct bfq_group *bfqg,
3902                                                int ioprio_class, int ioprio)
3903 {
3904         switch (ioprio_class) {
3905         case IOPRIO_CLASS_RT:
3906                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
3907         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3908                 ioprio = IOPRIO_NORM;
3909                 /* fall through */
3910         case IOPRIO_CLASS_BE:
3911                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
3912         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3913                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
3914         default:
3915                 return NULL;
3916         }
3917 }
3918
3919 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3920                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3921                                        struct bfq_io_cq *bic)
3922 {
3923         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3924         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3925         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
3926         struct bfq_queue *bfqq;
3927         struct bfq_group *bfqg;
3928
3929         rcu_read_lock();
3930
3931         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
3932         if (!bfqg) {
3933                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3934                 goto out;
3935         }
3936
3937         if (!is_sync) {
3938                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
3939                                                   ioprio);
3940                 bfqq = *async_bfqq;
3941                 if (bfqq)
3942                         goto out;
3943         }
3944
3945         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
3946                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
3947                                      bfqd->queue->node);
3948
3949         if (bfqq) {
3950                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
3951                               is_sync);
3952                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
3953                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
3954         } else {
3955                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3956                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
3957                 goto out;
3958         }
3959
3960         /*
3961          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
3962          * prune it.
3963          */
3964         if (async_bfqq) {
3965                 bfqq->ref++; /*
3966                               * Extra group reference, w.r.t. sync
3967                               * queue. This extra reference is removed
3968                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
3969                               * guarantee that this queue is not freed
3970                               * until its group goes away.
3971                               */
3972                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
3973                              bfqq, bfqq->ref);
3974                 *async_bfqq = bfqq;
3975         }
3976
3977 out:
3978         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
3979         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3980         rcu_read_unlock();
3981         return bfqq;
3982 }
3983
3984 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
3985                                     struct bfq_queue *bfqq)
3986 {
3987         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
3988         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
3989
3990         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
3991
3992         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
3993         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
3994         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
3995                                      ttime->ttime_samples);
3996 }
3997
3998 static void
3999 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4000                        struct request *rq)
4001 {
4002         bfqq->seek_history <<= 1;
4003         bfqq->seek_history |=
4004                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4005                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4006                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4007 }
4008
4009 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4010                                        struct bfq_queue *bfqq,
4011                                        struct bfq_io_cq *bic)
4012 {
4013         bool has_short_ttime = true;
4014
4015         /*
4016          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4017          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4018          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4019          */
4020         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4021             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4022                 return;
4023
4024         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4025         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4026                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4027                 return;
4028
4029         /* Think time is infinite if no process is linked to
4030          * bfqq. Otherwise check average think time to
4031          * decide whether to mark as has_short_ttime
4032          */
4033         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4034             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4035              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4036                 has_short_ttime = false;
4037
4038         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4039                      has_short_ttime);
4040
4041         if (has_short_ttime)
4042                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4043         else
4044                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4045 }
4046
4047 /*
4048  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4049  * something we should do about it.
4050  */
4051 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4052                             struct request *rq)
4053 {
4054         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4055
4056         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4057                 bfqq->meta_pending++;
4058
4059         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4060         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4061         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4062
4063         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4064                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4065                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4066
4067         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4068
4069         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4070                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4071                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4072                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4073
4074                 /*
4075                  * There is just this request queued: if the request
4076                  * is small and the queue is not to be expired, then
4077                  * just exit.
4078                  *
4079                  * In this way, if the device is being idled to wait
4080                  * for a new request from the in-service queue, we
4081                  * avoid unplugging the device and committing the
4082                  * device to serve just a small request. On the
4083                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4084                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4085                  * will be merged to this one quickly, then the device
4086                  * will be unplugged and larger requests will be
4087                  * dispatched.
4088                  */
4089                 if (small_req && !budget_timeout)
4090                         return;
4091
4092                 /*
4093                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4094                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4095                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4096                  * timer.
4097                  */
4098                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4099                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4100                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4101
4102                 /*
4103                  * The queue is not empty, because a new request just
4104                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4105                  * case of budget timeout, without risking that the
4106                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4107                  * See [1] for more details.
4108                  */
4109                 if (budget_timeout)
4110                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4111                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4112         }
4113 }
4114
4115 static void __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4116 {
4117         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4118                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4119
4120         if (new_bfqq) {
4121                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4122                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4123                 /*
4124                  * Release the request's reference to the old bfqq
4125                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4126                  */
4127                 new_bfqq->allocated++;
4128                 bfqq->allocated--;
4129                 new_bfqq->ref++;
4130                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4131                 /*
4132                  * If the bic associated with the process
4133                  * issuing this request still points to bfqq
4134                  * (and thus has not been already redirected
4135                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4136                  * then complete the merge and redirect it to
4137                  * new_bfqq.
4138                  */
4139                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4140                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4141                                         bfqq, new_bfqq);
4142                 /*
4143                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4144                  * release rq reference on bfqq
4145                  */
4146                 bfq_put_queue(bfqq);
4147                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4148                 bfqq = new_bfqq;
4149         }
4150
4151         bfq_add_request(rq);
4152
4153         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4154         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4155
4156         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4157 }
4158
4159 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4160                                bool at_head)
4161 {
4162         struct request_queue *q = hctx->queue;
4163         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4164
4165         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4166         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4167                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4168                 return;
4169         }
4170
4171         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4172
4173         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4174
4175         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4176         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4177                 if (at_head)
4178                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4179                 else
4180                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4181         } else {
4182                 __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4183
4184                 if (rq_mergeable(rq)) {
4185                         elv_rqhash_add(q, rq);
4186                         if (!q->last_merge)
4187                                 q->last_merge = rq;
4188                 }
4189         }
4190
4191         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4192 }
4193
4194 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4195                                 struct list_head *list, bool at_head)
4196 {
4197         while (!list_empty(list)) {
4198                 struct request *rq;
4199
4200                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4201                 list_del_init(&rq->queuelist);
4202                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4203         }
4204 }
4205
4206 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4207 {
4208         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4209                                        bfqd->rq_in_driver);
4210
4211         if (bfqd->hw_tag == 1)
4212                 return;
4213
4214         /*
4215          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4216          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4217          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4218          * requests.
4219          */
4220         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4221                 return;
4222
4223         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4224                 return;
4225
4226         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4227         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4228         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4229 }
4230
4231 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4232 {
4233         u64 now_ns;
4234         u32 delta_us;
4235
4236         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4237
4238         bfqd->rq_in_driver--;
4239         bfqq->dispatched--;
4240
4241         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4242                 /*
4243                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4244                  * time at which the queue remains with no backlog and
4245                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4246                  * mechanism).
4247                  */
4248                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4249
4250                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4251                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4252         }
4253
4254         now_ns = ktime_get_ns();
4255
4256         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4257
4258         /*
4259          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4260          * computing rate in next check.
4261          */
4262         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4263
4264         /*
4265          * If the request took rather long to complete, and, according
4266          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4267          * implies that the request was certainly served at a very low
4268          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4269          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4270          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4271          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4272          * taken:
4273          * - close the observation interval at the last (previous)
4274          *   request dispatch or completion
4275          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4276          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4277          *   re-initialization of the observation interval on next
4278          *   dispatch
4279          */
4280         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4281            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4282                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4283                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4284         bfqd->last_completion = now_ns;
4285
4286         /*
4287          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4288          * of the task associated with the queue is actually
4289          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4290          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4291          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4292          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4293          * has in-flight requests.
4294          */
4295         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4296             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4297                 bfqq->soft_rt_next_start =
4298                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4299
4300         /*
4301          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4302          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4303          */
4304         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4305                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4306                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4307                         return;
4308                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4309                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4310                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4311                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4312                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4313                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4314                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4315                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4316         }
4317
4318         if (!bfqd->rq_in_driver)
4319                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4320 }
4321
4322 static void bfq_put_rq_priv_body(struct bfq_queue *bfqq)
4323 {
4324         bfqq->allocated--;
4325
4326         bfq_put_queue(bfqq);
4327 }
4328
4329 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
4330 {
4331         struct bfq_queue *bfqq;
4332         struct bfq_data *bfqd;
4333
4334         if (!rq->elv.icq)
4335                 return;
4336
4337         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4338         bfqd = bfqq->bfqd;
4339
4340         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4341                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4342                                              rq_start_time_ns(rq),
4343                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4344                                              rq->cmd_flags);
4345
4346         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4347                 unsigned long flags;
4348
4349                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4350
4351                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4352                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4353
4354                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4355         } else {
4356                 /*
4357                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4358                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4359                  * defer such a check and removal, to avoid
4360                  * inconsistencies in the time interval from the end
4361                  * of this function to the start of the deferred work.
4362                  * This situation seems to occur only in process
4363                  * context, as a consequence of a merge. In the
4364                  * current version of the code, this implies that the
4365                  * lock is held.
4366                  */
4367
4368                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
4369                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4370                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4371         }
4372
4373         rq->elv.priv[0] = NULL;
4374         rq->elv.priv[1] = NULL;
4375 }
4376
4377 /*
4378  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4379  * was the last process referring to that bfqq.
4380  */
4381 static struct bfq_queue *
4382 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4383 {
4384         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4385
4386         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4387                 bfqq->pid = current->pid;
4388                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4389                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4390                 return bfqq;
4391         }
4392
4393         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4394
4395         bfq_put_cooperator(bfqq);
4396
4397         bfq_put_queue(bfqq);
4398         return NULL;
4399 }
4400
4401 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4402                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4403                                                    struct bio *bio,
4404                                                    bool split, bool is_sync,
4405                                                    bool *new_queue)
4406 {
4407         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4408
4409         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4410                 return bfqq;
4411
4412         if (new_queue)
4413                 *new_queue = true;
4414
4415         if (bfqq)
4416                 bfq_put_queue(bfqq);
4417         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4418
4419         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4420         if (split && is_sync) {
4421                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4422                     bic->saved_in_large_burst)
4423                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4424                 else {
4425                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4426                         if (bic->was_in_burst_list)
4427                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4428                                                &bfqd->burst_list);
4429                 }
4430                 bfqq->split_time = jiffies;
4431         }
4432
4433         return bfqq;
4434 }
4435
4436 /*
4437  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4438  */
4439 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4440 {
4441         struct request_queue *q = rq->q;
4442         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4443         struct bfq_io_cq *bic;
4444         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4445         struct bfq_queue *bfqq;
4446         bool new_queue = false;
4447         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4448
4449         if (!rq->elv.icq)
4450                 return;
4451         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4452
4453         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4454
4455         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4456
4457         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4458
4459         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4460                                          &new_queue);
4461
4462         if (likely(!new_queue)) {
4463                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4464                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4465                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4466
4467                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4468                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4469                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4470
4471                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4472                         split = true;
4473
4474                         if (!bfqq)
4475                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4476                                                                  true, is_sync,
4477                                                                  NULL);
4478                         else
4479                                 bfqq_already_existing = true;
4480                 }
4481         }
4482
4483         bfqq->allocated++;
4484         bfqq->ref++;
4485         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4486                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4487
4488         rq->elv.priv[0] = bic;
4489         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4490
4491         /*
4492          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4493          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4494          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4495          * resume its state.
4496          */
4497         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4498                 bfqq->bic = bic;
4499                 if (split) {
4500                         /*
4501                          * The queue has just been split from a shared
4502                          * queue: restore the idle window and the
4503                          * possible weight raising period.
4504                          */
4505                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4506                                               bfqq_already_existing);
4507                 }
4508         }
4509
4510         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4511                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4512
4513         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4514 }
4515
4516 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
4517 {
4518         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4519         enum bfqq_expiration reason;
4520         unsigned long flags;
4521
4522         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4523         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4524
4525         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4526                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4527                 return;
4528         }
4529
4530         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4531                 /*
4532                  * Also here the queue can be safely expired
4533                  * for budget timeout without wasting
4534                  * guarantees
4535                  */
4536                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4537         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4538                 /*
4539                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4540                  * because we may not disable the timer when the
4541                  * first request of the in-service queue arrives
4542                  * during disk idling.
4543                  */
4544                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4545         else
4546                 goto schedule_dispatch;
4547
4548         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4549
4550 schedule_dispatch:
4551         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4552         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4553 }
4554
4555 /*
4556  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4557  * is idling inside its time slice.
4558  */
4559 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4560 {
4561         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4562                                              idle_slice_timer);
4563         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4564
4565         /*
4566          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4567          * different from the queue that was idling if a new request
4568          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4569          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4570          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4571          * early.
4572          */
4573         if (bfqq)
4574                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
4575
4576         return HRTIMER_NORESTART;
4577 }
4578
4579 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4580                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4581 {
4582         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4583
4584         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4585         if (bfqq) {
4586                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4587
4588                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4589                              bfqq, bfqq->ref);
4590                 bfq_put_queue(bfqq);
4591                 *bfqq_ptr = NULL;
4592         }
4593 }
4594
4595 /*
4596  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4597  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4598  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4599  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4600  */
4601 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4602 {
4603         int i, j;
4604
4605         for (i = 0; i < 2; i++)
4606                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4607                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4608
4609         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4610 }
4611
4612 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4613 {
4614         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4615         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4616
4617         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4618
4619         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4620         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4621                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4622         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4623
4624         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4625
4626 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4627         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4628 #else
4629         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4630         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4631         kfree(bfqd->root_group);
4632         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4633 #endif
4634
4635         kfree(bfqd);
4636 }
4637
4638 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4639                                 struct bfq_data *bfqd)
4640 {
4641         int i;
4642
4643 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4644         root_group->entity.parent = NULL;
4645         root_group->my_entity = NULL;
4646         root_group->bfqd = bfqd;
4647 #endif
4648         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4649         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4650                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4651         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4652 }
4653
4654 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4655 {
4656         struct bfq_data *bfqd;
4657         struct elevator_queue *eq;
4658
4659         eq = elevator_alloc(q, e);
4660         if (!eq)
4661                 return -ENOMEM;
4662
4663         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4664         if (!bfqd) {
4665                 kobject_put(&eq->kobj);
4666                 return -ENOMEM;
4667         }
4668         eq->elevator_data = bfqd;
4669
4670         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4671         q->elevator = eq;
4672         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4673
4674         /*
4675          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4676          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4677          * will not attempt to free it.
4678          */
4679         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4680         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4681         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4682         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4683         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4684                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4685
4686         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4687         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4688
4689         /*
4690          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4691          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4692          * class won't be changed any more.
4693          */
4694         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4695
4696         bfqd->queue = q;
4697
4698         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4699
4700         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4701                      HRTIMER_MODE_REL);
4702         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4703
4704         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4705         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4706
4707         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4708         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4709         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4710
4711         bfqd->hw_tag = -1;
4712
4713         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4714
4715         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4716         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4717         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4718         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4719         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4720         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4721
4722         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4723
4724         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4725         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4726
4727         bfqd->low_latency = true;
4728
4729         /*
4730          * Trade-off between responsiveness and fairness.
4731          */
4732         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
4733         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
4734         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
4735         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
4736         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
4737         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
4738                                               * Approximate rate required
4739                                               * to playback or record a
4740                                               * high-definition compressed
4741                                               * video.
4742                                               */
4743         bfqd->wr_busy_queues = 0;
4744
4745         /*
4746          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
4747          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
4748          * the highest reference rate.
4749          */
4750         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
4751                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
4752         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
4753         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
4754
4755         spin_lock_init(&bfqd->lock);
4756
4757         /*
4758          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
4759          * function is the head of a chain of function calls
4760          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
4761          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
4762          * has_work hook function. For this reason,
4763          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
4764          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
4765          * that can be initialized only after invoking
4766          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
4767          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
4768          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
4769          * from invoking further scheduler hooks before this init
4770          * function is finished.
4771          */
4772         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
4773         if (!bfqd->root_group)
4774                 goto out_free;
4775         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
4776         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
4777
4778
4779         return 0;
4780
4781 out_free:
4782         kfree(bfqd);
4783         kobject_put(&eq->kobj);
4784         return -ENOMEM;
4785 }
4786
4787 static void bfq_slab_kill(void)
4788 {
4789         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
4790 }
4791
4792 static int __init bfq_slab_setup(void)
4793 {
4794         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
4795         if (!bfq_pool)
4796                 return -ENOMEM;
4797         return 0;
4798 }
4799
4800 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
4801 {
4802         return sprintf(page, "%u\n", var);
4803 }
4804
4805 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
4806 {
4807         unsigned long new_val;
4808         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
4809
4810         if (ret)
4811                 return ret;
4812         *var = new_val;
4813         return 0;
4814 }
4815
4816 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
4817 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4818 {                                                                       \
4819         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4820         u64 __data = __VAR;                                             \
4821         if (__CONV == 1)                                                \
4822                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
4823         else if (__CONV == 2)                                           \
4824                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
4825         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4826 }
4827 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
4828 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
4829 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
4830 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
4831 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
4832 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
4833 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
4834 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
4835 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
4836 #undef SHOW_FUNCTION
4837
4838 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
4839 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4840 {                                                                       \
4841         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4842         u64 __data = __VAR;                                             \
4843         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
4844         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4845 }
4846 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
4847 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
4848
4849 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
4850 static ssize_t                                                          \
4851 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
4852 {                                                                       \
4853         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4854         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4855         int ret;                                                        \
4856                                                                         \
4857         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4858         if (ret)                                                        \
4859                 return ret;                                             \
4860         if (__data < __min)                                             \
4861                 __data = __min;                                         \
4862         else if (__data > __max)                                        \
4863                 __data = __max;                                         \
4864         if (__CONV == 1)                                                \
4865                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
4866         else if (__CONV == 2)                                           \
4867                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
4868         else                                                            \
4869                 *(__PTR) = __data;                                      \
4870         return count;                                                   \
4871 }
4872 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
4873                 INT_MAX, 2);
4874 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
4875                 INT_MAX, 2);
4876 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
4877 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
4878                 INT_MAX, 0);
4879 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
4880 #undef STORE_FUNCTION
4881
4882 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
4883 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
4884 {                                                                       \
4885         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4886         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4887         int ret;                                                        \
4888                                                                         \
4889         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4890         if (ret)                                                        \
4891                 return ret;                                             \
4892         if (__data < __min)                                             \
4893                 __data = __min;                                         \
4894         else if (__data > __max)                                        \
4895                 __data = __max;                                         \
4896         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
4897         return count;                                                   \
4898 }
4899 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
4900                     UINT_MAX);
4901 #undef USEC_STORE_FUNCTION
4902
4903 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
4904                                     const char *page, size_t count)
4905 {
4906         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4907         unsigned long __data;
4908         int ret;
4909
4910         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4911         if (ret)
4912                 return ret;
4913
4914         if (__data == 0)
4915                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4916         else {
4917                 if (__data > INT_MAX)
4918                         __data = INT_MAX;
4919                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
4920         }
4921
4922         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
4923
4924         return count;
4925 }
4926
4927 /*
4928  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
4929  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
4930  */
4931 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
4932                                       const char *page, size_t count)
4933 {
4934         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4935         unsigned long __data;
4936         int ret;
4937
4938         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4939         if (ret)
4940                 return ret;
4941
4942         if (__data < 1)
4943                 __data = 1;
4944         else if (__data > INT_MAX)
4945                 __data = INT_MAX;
4946
4947         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
4948         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
4949                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4950
4951         return count;
4952 }
4953
4954 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
4955                                      const char *page, size_t count)
4956 {
4957         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4958         unsigned long __data;
4959         int ret;
4960
4961         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4962         if (ret)
4963                 return ret;
4964
4965         if (__data > 1)
4966                 __data = 1;
4967         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
4968             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
4969                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
4970
4971         bfqd->strict_guarantees = __data;
4972
4973         return count;
4974 }
4975
4976 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
4977                                      const char *page, size_t count)
4978 {
4979         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4980         unsigned long __data;
4981         int ret;
4982
4983         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4984         if (ret)
4985                 return ret;
4986
4987         if (__data > 1)
4988                 __data = 1;
4989         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
4990                 bfq_end_wr(bfqd);
4991         bfqd->low_latency = __data;
4992
4993         return count;
4994 }
4995
4996 #define BFQ_ATTR(name) \
4997         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
4998
4999 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5000         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5001         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5002         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5003         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5004         BFQ_ATTR(slice_idle),
5005         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5006         BFQ_ATTR(max_budget),
5007         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5008         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5009         BFQ_ATTR(low_latency),
5010         __ATTR_NULL
5011 };
5012
5013 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5014         .ops.mq = {
5015                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5016                 .finish_request         = bfq_finish_request,
5017                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5018                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5019                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5020                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5021                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5022                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5023                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5024                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5025                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5026                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5027                 .has_work               = bfq_has_work,
5028                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5029                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5030         },
5031
5032         .uses_mq =              true,
5033         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5034         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5035         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5036         .elevator_name =        "bfq",
5037         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5038 };
5039 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5040
5041 static int __init bfq_init(void)
5042 {
5043         int ret;
5044
5045 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5046         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5047         if (ret)
5048                 return ret;
5049 #endif
5050
5051         ret = -ENOMEM;
5052         if (bfq_slab_setup())
5053                 goto err_pol_unreg;
5054
5055         /*
5056          * Times to load large popular applications for the typical
5057          * systems installed on the reference devices (see the
5058          * comments before the definitions of the next two
5059          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5060          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5061          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5062          * are computed over much shorter time intervals than the long
5063          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5064          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5065          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5066          * be run for a long time.
5067          */
5068         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5069         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5070         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5071         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5072
5073         /*
5074          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5075          * (see the comments before the definition of the array
5076          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5077          * transitions to the fast class. This is safer than the
5078          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5079          * class results in short weight-raising periods, because the
5080          * speed of the device then tends to be higher that the
5081          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5082          * transition to the fast class tends to increase
5083          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5084          */
5085         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5086         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5087
5088         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5089         if (ret)
5090                 goto slab_kill;
5091
5092         return 0;
5093
5094 slab_kill:
5095         bfq_slab_kill();
5096 err_pol_unreg:
5097 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5098         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5099 #endif
5100         return ret;
5101 }
5102
5103 static void __exit bfq_exit(void)
5104 {
5105         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5106 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5107         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5108 #endif
5109         bfq_slab_kill();
5110 }
5111
5112 module_init(bfq_init);
5113 module_exit(bfq_exit);
5114
5115 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5116 MODULE_LICENSE("GPL");
5117 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");