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