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