block, bfq: cleanup bfq_weights_tree add/remove apis
[platform/kernel/linux-rpi.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/ktime.h>
121 #include <linux/rbtree.h>
122 #include <linux/ioprio.h>
123 #include <linux/sbitmap.h>
124 #include <linux/delay.h>
125 #include <linux/backing-dev.h>
126
127 #include <trace/events/block.h>
128
129 #include "elevator.h"
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-tag.h"
133 #include "blk-mq-sched.h"
134 #include "bfq-iosched.h"
135 #include "blk-wbt.h"
136
137 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
138 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
139 {                                                                       \
140         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
141 }                                                                       \
142 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
143 {                                                                       \
144         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
145 }                                                                       \
146 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
147 {                                                                       \
148         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
149 }
150
151 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
152 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
153 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
154 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
155 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
156 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
157 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
158 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
159 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
160 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
162 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
163 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
164
165 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
166 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
167
168 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
169 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
170
171 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
172 static const int bfq_back_penalty = 2;
173
174 /* Idling period duration, in ns. */
175 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
176
177 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
178 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
179
180 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
181 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
182
183 /*
184  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
185  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
186  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
187  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
188  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
189  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
190  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
191  * writes to steal I/O throughput to reads.
192  *
193  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
194  * several hardware and software configurations. We tried to find the
195  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
196  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
197  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
198  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
199  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
200  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
201  */
202 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
203
204 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
205 const int bfq_timeout = HZ / 8;
206
207 /*
208  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
209  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
210  * removing false positives, while not causing true positives to miss
211  * queue merging.
212  *
213  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
214  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
215  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
216  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
217  * little chance to find cooperators.
218  */
219 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
220
221 static struct kmem_cache *bfq_pool;
222
223 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
224 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
225
226 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
227 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
228 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
229
230 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
231 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
232 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
233         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
234          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
235          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
236           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
237 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
238 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
239 /*
240  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
241  * because it is characterized by limited throughput and apparently
242  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
243  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
244  * as soft real-time.
245  */
246 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
247
248 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
249 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
250 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
252 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
253 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
254
255 /*
256  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
257  * With
258  * - the current shift: 16 positions
259  * - the current type used to store rate: u32
260  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
261  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
262  * the range of rates that can be stored is
263  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
264  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
265  * [15, 65G] sectors/sec
266  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
267  * [7.5K, 33T] B/sec
268  */
269 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
270
271 /*
272  * When configured for computing the duration of the weight-raising
273  * for interactive queues automatically (see the comments at the
274  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
275  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
276  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
277  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
278  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
279  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
280  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
281  * applications on the reference device (see the comments on
282  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
283  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
284  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
285  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
286  * weight raising to interactive applications.
287  *
288  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
289  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
290  *
291  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
292  * are the reference values for a rotational device, whereas
293  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
294  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
295  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
296  * values. The reason for using slightly lower values is that the
297  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
298  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
299  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
300  * I/O).
301  *
302  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
303  * by BFQ_RATE_SHIFT.
304  */
305 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
306 /*
307  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
308  * the following array, which entails that the array can be
309  * initialized only in a function.
310  */
311 static int ref_wr_duration[2];
312
313 /*
314  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
315  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
316  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
317  * doing I/O for much longer than the duration of weight
318  * raising. These applications have basically no benefit from being
319  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
320  * while being weight-raised, these applications
321  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
322  * low latency;
323  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
324  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
325  * increase latencies when used purposelessly.
326  *
327  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
328  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
329  * finish explaining how the duration of weight-raising for
330  * interactive tasks is computed.
331  *
332  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
333  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
334  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
335  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
336  * largest task, we mean the task for which each involved process has
337  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
338  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
339  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
340  * sectors transferred.
341  *
342  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
343  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
344  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
345  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
346  * processes of these applications usually consume the above 110K
347  * sectors in much less time than the processes of an application that
348  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
349  * almost all their CPU cycles only to their target,
350  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
351  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
352  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
353  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
354  * have no right to be weight-raised any longer.
355  *
356  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
357  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
358  * service at least equal to the following constant. The constant is
359  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
360  *
361  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
362  * during which interactive false positives cause the two problems
363  * described at the beginning of these comments.
364  */
365 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
366
367 /*
368  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
369  * to be activated (in ms)
370  */
371 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
372 /*
373  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
374  */
375 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
376
377 #define RQ_BIC(rq)              ((struct bfq_io_cq *)((rq)->elv.priv[0]))
378 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
379
380 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
381 {
382         return bic->bfqq[is_sync];
383 }
384
385 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
386
387 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
388 {
389         /*
390          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
391          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
392          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
393          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
394          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
395          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
396          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
397          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
398          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
399          * we cancel the stable merge if
400          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
401          */
402         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
403
404         if (bfqq && bic->stable_merge_bfqq == bfqq) {
405                 /*
406                  * Actually, these same instructions are executed also
407                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
408                  * execution of a stable merge. We could avoid
409                  * repeating these instructions there too, but if we
410                  * did so, we would nest even more complexity in this
411                  * function.
412                  */
413                 bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
414
415                 bic->stable_merge_bfqq = NULL;
416         }
417 }
418
419 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
420 {
421         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
422 }
423
424 /**
425  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
426  * @icq: the iocontext queue.
427  */
428 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
429 {
430         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
431         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
432 }
433
434 /**
435  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
436  * @q: the request queue.
437  */
438 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct request_queue *q)
439 {
440         struct bfq_io_cq *icq;
441         unsigned long flags;
442
443         if (!current->io_context)
444                 return NULL;
445
446         spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
447         icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(q));
448         spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
449
450         return icq;
451 }
452
453 /*
454  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
455  * driver that will restart queueing.
456  */
457 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
458 {
459         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
460
461         if (bfqd->queued != 0) {
462                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
463                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
464         }
465 }
466
467 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
468
469 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
470
471 /*
472  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
473  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
474  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
475  */
476 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
477                                       struct request *rq1,
478                                       struct request *rq2,
479                                       sector_t last)
480 {
481         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
482         unsigned long back_max;
483 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
484 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
485         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
486
487         if (!rq1 || rq1 == rq2)
488                 return rq2;
489         if (!rq2)
490                 return rq1;
491
492         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
493                 return rq1;
494         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
495                 return rq2;
496         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
497                 return rq1;
498         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
499                 return rq2;
500
501         s1 = blk_rq_pos(rq1);
502         s2 = blk_rq_pos(rq2);
503
504         /*
505          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
506          */
507         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
508
509         /*
510          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
511          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
512          * similar forward seek.
513          */
514         if (s1 >= last)
515                 d1 = s1 - last;
516         else if (s1 + back_max >= last)
517                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
518         else
519                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
520
521         if (s2 >= last)
522                 d2 = s2 - last;
523         else if (s2 + back_max >= last)
524                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
525         else
526                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
527
528         /* Found required data */
529
530         /*
531          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
532          * check two variables for all permutations: --> faster!
533          */
534         switch (wrap) {
535         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
536                 if (d1 < d2)
537                         return rq1;
538                 else if (d2 < d1)
539                         return rq2;
540
541                 if (s1 >= s2)
542                         return rq1;
543                 else
544                         return rq2;
545
546         case BFQ_RQ2_WRAP:
547                 return rq1;
548         case BFQ_RQ1_WRAP:
549                 return rq2;
550         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
551         default:
552                 /*
553                  * Since both rqs are wrapped,
554                  * start with the one that's further behind head
555                  * (--> only *one* back seek required),
556                  * since back seek takes more time than forward.
557                  */
558                 if (s1 <= s2)
559                         return rq1;
560                 else
561                         return rq2;
562         }
563 }
564
565 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
566
567 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
568 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
569 {
570         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
571         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
572         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
573         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
574         int depth, level, alloc_depth = BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH;
575         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
576         struct bfq_sched_data *sched_data;
577         unsigned long wsum;
578         bool ret = false;
579
580         if (!entity->on_st_or_in_serv)
581                 return false;
582
583 retry:
584         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
585         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
586         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
587         if (depth > alloc_depth) {
588                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
589                 if (entities != inline_entities)
590                         kfree(entities);
591                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
592                 if (!entities)
593                         return false;
594                 alloc_depth = depth;
595                 goto retry;
596         }
597
598         sched_data = entity->sched_data;
599         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
600         level = 0;
601         for_each_entity(entity) {
602                 /*
603                  * If at some level entity is not even active, allow request
604                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
605                  * entities.
606                  */
607                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
608                         goto out;
609                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
610                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
611                         break;
612                 entities[level++] = entity;
613         }
614         WARN_ON_ONCE(level != depth);
615         for (level--; level >= 0; level--) {
616                 entity = entities[level];
617                 if (level > 0) {
618                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
619                 } else {
620                         int i;
621                         /*
622                          * For bfqq itself we take into account service trees
623                          * of all higher priority classes and multiply their
624                          * weights so that low prio queue from higher class
625                          * gets more requests than high prio queue from lower
626                          * class.
627                          */
628                         wsum = 0;
629                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
630                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
631                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
632                         }
633                 }
634                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
635                 if (entity->allocated >= limit) {
636                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
637                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
638                                 entity->allocated, limit, level);
639                         ret = true;
640                         break;
641                 }
642         }
643 out:
644         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
645         if (entities != inline_entities)
646                 kfree(entities);
647         return ret;
648 }
649 #else
650 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
651 {
652         return false;
653 }
654 #endif
655
656 /*
657  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
658  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
659  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
660  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
661  * problems.
662  *
663  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
664  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
665  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
666  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
667  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
668  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
669  * algorithm.
670  */
671 static void bfq_limit_depth(blk_opf_t opf, struct blk_mq_alloc_data *data)
672 {
673         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
674         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
675         struct bfq_queue *bfqq = bic ? bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(opf)) : NULL;
676         int depth;
677         unsigned limit = data->q->nr_requests;
678
679         /* Sync reads have full depth available */
680         if (op_is_sync(opf) && !op_is_write(opf)) {
681                 depth = 0;
682         } else {
683                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(opf)];
684                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
685         }
686
687         /*
688          * Does queue (or any parent entity) exceed number of requests that
689          * should be available to it? Heavily limit depth so that it cannot
690          * consume more available requests and thus starve other entities.
691          */
692         if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit))
693                 depth = 1;
694
695         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
696                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(opf), depth);
697         if (depth)
698                 data->shallow_depth = depth;
699 }
700
701 static struct bfq_queue *
702 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
703                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
704                      struct rb_node ***rb_link)
705 {
706         struct rb_node **p, *parent;
707         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
708
709         parent = NULL;
710         p = &root->rb_node;
711         while (*p) {
712                 struct rb_node **n;
713
714                 parent = *p;
715                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
716
717                 /*
718                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
719                  * largest to the right.
720                  */
721                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
722                         n = &(*p)->rb_right;
723                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
724                         n = &(*p)->rb_left;
725                 else
726                         break;
727                 p = n;
728                 bfqq = NULL;
729         }
730
731         *ret_parent = parent;
732         if (rb_link)
733                 *rb_link = p;
734
735         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
736                 (unsigned long long)sector,
737                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
738
739         return bfqq;
740 }
741
742 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
743 {
744         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
745                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
746                                        bfq_merge_time_limit);
747 }
748
749 /*
750  * The following function is not marked as __cold because it is
751  * actually cold, but for the same performance goal described in the
752  * comments on the likely() at the beginning of
753  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
754  * execution time for the case where this function is not invoked, we
755  * had to add an unlikely() in each involved if().
756  */
757 void __cold
758 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
759 {
760         struct rb_node **p, *parent;
761         struct bfq_queue *__bfqq;
762
763         if (bfqq->pos_root) {
764                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
765                 bfqq->pos_root = NULL;
766         }
767
768         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
769         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
770                 return;
771
772         /*
773          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
774          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
775          * position tree.
776          */
777         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
778                 return;
779
780         if (bfq_class_idle(bfqq))
781                 return;
782         if (!bfqq->next_rq)
783                 return;
784
785         bfqq->pos_root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
786         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
787                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
788         if (!__bfqq) {
789                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
790                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
791         } else
792                 bfqq->pos_root = NULL;
793 }
794
795 /*
796  * The following function returns false either if every active queue
797  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
798  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
799  * throughput lower than or equal to the share that every other active
800  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
801  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
802  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
803  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
804  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
805  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
806  * be avoided.
807  *
808  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
809  * 1) all active queues have the same weight,
810  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
811  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
812  *    weight,
813  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
814  *    number of children.
815  *
816  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
817  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
818  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
819  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
820  * much easier to maintain the needed state:
821  * 1) all active queues have the same weight,
822  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
823  * 3) there is at most one active group.
824  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
825  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
826  * needs to be maintained in this case.
827  */
828 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
829                                    struct bfq_queue *bfqq)
830 {
831         bool smallest_weight = bfqq &&
832                 bfqq->weight_counter &&
833                 bfqq->weight_counter ==
834                 container_of(
835                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
836                         struct bfq_weight_counter,
837                         weights_node);
838
839         /*
840          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
841          * at least two nodes.
842          */
843         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
844                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
845                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
846                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
847
848         bool multiple_classes_busy =
849                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
850                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
851                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
852
853         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
854 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
855                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 1
856 #endif
857                 ;
858 }
859
860 /*
861  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
862  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
863  * increment the existing counter.
864  *
865  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
866  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
867  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
868  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
869  * are not inserted in the tree.
870  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
871  * should be low too.
872  */
873 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_queue *bfqq)
874 {
875         struct rb_root_cached *root = &bfqq->bfqd->queue_weights_tree;
876         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
877         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
878         bool leftmost = true;
879
880         /*
881          * Do not insert if the queue is already associated with a
882          * counter, which happens if:
883          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
884          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
885          *      backlogged; in this respect, each of the two events
886          *      causes an invocation of this function,
887          *   2) this is the invocation of this function caused by the
888          *      second event. This second invocation is actually useless,
889          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
890          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
891          */
892         if (bfqq->weight_counter)
893                 return;
894
895         while (*new) {
896                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
897                                                 struct bfq_weight_counter,
898                                                 weights_node);
899                 parent = *new;
900
901                 if (entity->weight == __counter->weight) {
902                         bfqq->weight_counter = __counter;
903                         goto inc_counter;
904                 }
905                 if (entity->weight < __counter->weight)
906                         new = &((*new)->rb_left);
907                 else {
908                         new = &((*new)->rb_right);
909                         leftmost = false;
910                 }
911         }
912
913         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
914                                        GFP_ATOMIC);
915
916         /*
917          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
918          * exit. This will cause the weight of queue to not be
919          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
920          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
921          * bfqq's weight would have been the only weight making the
922          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
923          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
924          * invocation of this function is triggered by an activation
925          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
926          * if !bfqq->weight_counter.
927          */
928         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
929                 return;
930
931         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
932         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
933         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
934                                 leftmost);
935
936 inc_counter:
937         bfqq->weight_counter->num_active++;
938         bfqq->ref++;
939 }
940
941 /*
942  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
943  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
944  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
945  * about overhead.
946  */
947 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_queue *bfqq)
948 {
949         struct rb_root_cached *root;
950
951         if (!bfqq->weight_counter)
952                 return;
953
954         root = &bfqq->bfqd->queue_weights_tree;
955         bfqq->weight_counter->num_active--;
956         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
957                 goto reset_entity_pointer;
958
959         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
960         kfree(bfqq->weight_counter);
961
962 reset_entity_pointer:
963         bfqq->weight_counter = NULL;
964         bfq_put_queue(bfqq);
965 }
966
967 /*
968  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
969  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
970  */
971 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_queue *bfqq)
972 {
973         __bfq_weights_tree_remove(bfqq);
974 }
975
976 /*
977  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
978  */
979 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
980                                       struct request *last)
981 {
982         struct request *rq;
983
984         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
985                 return NULL;
986
987         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
988
989         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
990
991         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
992                 return NULL;
993
994         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
995         return rq;
996 }
997
998 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
999                                         struct bfq_queue *bfqq,
1000                                         struct request *last)
1001 {
1002         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1003         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1004         struct request *next, *prev = NULL;
1005
1006         /* Follow expired path, else get first next available. */
1007         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1008         if (next)
1009                 return next;
1010
1011         if (rbprev)
1012                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1013
1014         if (rbnext)
1015                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1016         else {
1017                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1018                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1019                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1020         }
1021
1022         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1023 }
1024
1025 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1026 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1027                                         struct bfq_queue *bfqq)
1028 {
1029         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1030             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1031                 return blk_rq_sectors(rq);
1032
1033         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1034 }
1035
1036 /**
1037  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1038  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1039  * @bfqq: the queue to update.
1040  *
1041  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1042  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1043  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1044  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1045  * rounds to actually get it dispatched.
1046  */
1047 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1048                                  struct bfq_queue *bfqq)
1049 {
1050         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1051         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1052         unsigned long new_budget;
1053
1054         if (!next_rq)
1055                 return;
1056
1057         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1058                 /*
1059                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1060                  * changed after an entity has been selected.
1061                  */
1062                 return;
1063
1064         new_budget = max_t(unsigned long,
1065                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1066                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1067                            entity->service);
1068         if (entity->budget != new_budget) {
1069                 entity->budget = new_budget;
1070                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1071                                          new_budget);
1072                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1073         }
1074 }
1075
1076 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1077 {
1078         u64 dur;
1079
1080         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1081                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1082
1083         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1084         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1085
1086         /*
1087          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1088          * has been conservatively set after the following worst case:
1089          * on a QEMU/KVM virtual machine
1090          * - running in a slow PC
1091          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1092          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1093          *   of several files
1094          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1095          *
1096          * As for higher values than that accommodating the above bad
1097          * scenario, tests show that higher values would often yield
1098          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1099          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1100          * preserve weight raising for too long.
1101          *
1102          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1103          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1104          * before weight-raising finishes.
1105          */
1106         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1107 }
1108
1109 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1110 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1111                                           struct bfq_data *bfqd)
1112 {
1113         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1114         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1115         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1116 }
1117
1118 static void
1119 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1120                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1121 {
1122         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1123         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1124
1125         if (bic->saved_has_short_ttime)
1126                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1127         else
1128                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1129
1130         if (bic->saved_IO_bound)
1131                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1132         else
1133                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1134
1135         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1136         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1137         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1138
1139         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1140         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1141         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1142         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1143         /*
1144          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1145          */
1146         if (bfqd->low_latency) {
1147                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1148                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1149         }
1150         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1151         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1152         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1153         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1154
1155         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1156             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1157                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1158                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1159                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1160                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1161                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1162                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1163                 } else {
1164                         bfqq->wr_coeff = 1;
1165                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1166                                      "resume state: switching off wr");
1167                 }
1168         }
1169
1170         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1171         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1172
1173         if (likely(!busy))
1174                 return;
1175
1176         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1177                 bfqd->wr_busy_queues++;
1178         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1179                 bfqd->wr_busy_queues--;
1180 }
1181
1182 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1183 {
1184         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1185                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1186                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1187 }
1188
1189 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1190 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1191 {
1192         struct bfq_queue *item;
1193         struct hlist_node *n;
1194
1195         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1196                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1197
1198         /*
1199          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1200          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1201          * bfq_handle_burst().
1202          */
1203         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1204                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1205                 bfqd->burst_size = 1;
1206         } else
1207                 bfqd->burst_size = 0;
1208
1209         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1210 }
1211
1212 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1213 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1214 {
1215         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1216         bfqd->burst_size++;
1217
1218         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1219                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1220                 struct hlist_node *n;
1221
1222                 /*
1223                  * Enough queues have been activated shortly after each
1224                  * other to consider this burst as large.
1225                  */
1226                 bfqd->large_burst = true;
1227
1228                 /*
1229                  * We can now mark all queues in the burst list as
1230                  * belonging to a large burst.
1231                  */
1232                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1233                                      burst_list_node)
1234                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1235                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1236
1237                 /*
1238                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1239                  * new queue being activated shortly after the last queue
1240                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1241                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1242                  * needed any more. Remove it.
1243                  */
1244                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1245                                           burst_list_node)
1246                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1247         } else /*
1248                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1249                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1250                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1251                 * in put_queue.
1252                 */
1253                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1254 }
1255
1256 /*
1257  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1258  * shortly after each other, then the processes associated with these
1259  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1260  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1261  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1262  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1263  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1264  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1265  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1266  *
1267  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1268  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1269  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1270  * treated in a different way.
1271  *
1272  * The above services or applications benefit mostly from a high
1273  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1274  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1275  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1276  * which also implies idling the device for it, is almost always
1277  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1278  * these new queues from. If there no other active queues, then
1279  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1280  * cases.
1281  *
1282  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1283  * the start of an application that does not consist of a lot of
1284  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1285  * several short processes may need to be executed to start-up the
1286  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1287  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1288  * related to the application with respect to all other
1289  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1290  * an application that causes a burst of queue creations is to
1291  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1292  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1293  *
1294  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1295  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1296  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1297  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1298  * larger size than that threshold are apparently caused by
1299  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1300  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1301  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1302  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1303  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1304  * exact choice depends on the device and request pattern at
1305  * hand.
1306  *
1307  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1308  * is starting (e.g., an application is being started). The
1309  * consequence is that the queues associated with the task do not
1310  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1311  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1312  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1313  *
1314  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1315  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1316  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1317  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1318  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1319  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1320  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1321  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1322  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1323  * large. The main steps are the following.
1324  *
1325  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1326  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1327  *
1328  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1329  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1330  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1331  *   Q to the burst list
1332  *
1333  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1334  *   the large-burst threshold, then
1335  *
1336  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1337  *       large burst
1338  *
1339  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1340  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1341  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1342  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1343  *
1344  *     . the device enters a large-burst mode
1345  *
1346  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1347  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1348  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1349  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1350  *   as belonging to a large burst.
1351  *
1352  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1353  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1354  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1355  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1356  *
1357  *        . the large-burst mode is reset if set
1358  *
1359  *        . the burst list is emptied
1360  *
1361  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1362  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1363  *          after this step).
1364  */
1365 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1366 {
1367         /*
1368          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1369          * burst, or finally has just been split, then there is
1370          * nothing else to do.
1371          */
1372         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1373             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1374             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1375                                      msecs_to_jiffies(10)))
1376                 return;
1377
1378         /*
1379          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1380          * a different group than the burst group, then the current
1381          * burst is finished, and related data structures must be
1382          * reset.
1383          *
1384          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1385          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1386          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1387          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1388          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1389          * following condition is true, bfqq will end up being
1390          * inserted into the burst list. In particular the list will
1391          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1392          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1393          * burst.
1394          */
1395         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1396             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1397             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1398                 bfqd->large_burst = false;
1399                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1400                 goto end;
1401         }
1402
1403         /*
1404          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1405          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1406          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1407          */
1408         if (bfqd->large_burst) {
1409                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1410                 goto end;
1411         }
1412
1413         /*
1414          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1415          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1416          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1417          */
1418         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1419 end:
1420         /*
1421          * At this point, bfqq either has been added to the current
1422          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1423          * possible new burst to start. In particular, in the second
1424          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1425          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1426          * forward.
1427          */
1428         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1429 }
1430
1431 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1432 {
1433         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1434
1435         return entity->budget - entity->service;
1436 }
1437
1438 /*
1439  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1440  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1441  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1442  */
1443 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1444 {
1445         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1446                 return bfq_default_max_budget;
1447         else
1448                 return bfqd->bfq_max_budget;
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1453  * max budget (trying with 1/32)
1454  */
1455 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1456 {
1457         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1458                 return bfq_default_max_budget / 32;
1459         else
1460                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1461 }
1462
1463 /*
1464  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1465  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1466  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1467  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1468  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1469  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1470  * goals below.
1471  *
1472  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1473  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1474  * expired for one of the following two reasons:
1475  *
1476  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1477  *   and did not make it to issue a new request before its last
1478  *   request was served;
1479  *
1480  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1481  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1482  *
1483  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1484  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1485  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1486  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1487  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1488  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1489  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1490  * one full budget of another queue before being served again, then
1491  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1492  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1493  * to be taken.
1494  *
1495  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1496  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1497  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1498  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1499  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1500  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1501  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1502  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1503  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1504  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1505  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1506  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1507  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1508  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1509  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1510  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1511  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1512  * on this tricky aspect).
1513  *
1514  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1515  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1516  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1517  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1518  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1519  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1520  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1521  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1522  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1523  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1524  * causing a little loss of bandwidth.
1525  *
1526  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1527  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1528  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1529  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1530  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1531  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1532  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1533  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1534  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1535  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1536  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1537  * __bfq_activate_entity.
1538  *
1539  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1540  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1541  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1542  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1543  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1544  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1545  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1546  * outstanding requests mentioned above.
1547  *
1548  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1549  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1550  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1551  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1552  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1553  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1554  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1555  * know whether preemption is needed without needing to update service
1556  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1557  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1558  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1559  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1560  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1561  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1562  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1563  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1564  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1565  * responsibility of handling the above case 2.
1566  */
1567 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1568                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1569                                                 bool arrived_in_time)
1570 {
1571         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1572
1573         /*
1574          * In the next compound condition, we check also whether there
1575          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1576          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1577          * would be expired immediately after being selected for
1578          * service. This would only cause useless overhead.
1579          */
1580         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1581             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1582                 /*
1583                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1584                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1585                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1586                  * cleared right after).
1587                  */
1588
1589                 /*
1590                  * In next assignment we rely on that either
1591                  * entity->service or entity->budget are not updated
1592                  * on expiration if bfqq is empty (see
1593                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1594                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1595                  * following statement therefore assigns to
1596                  * entity->budget the remaining budget on such an
1597                  * expiration.
1598                  */
1599                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1600                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1601                                        bfqq->max_budget);
1602
1603                 /*
1604                  * At this point, we have used entity->service to get
1605                  * the budget left (needed for updating
1606                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1607                  * reset entity->service. The latter must be reset
1608                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1609                  * the service it has received during its previous
1610                  * service slot(s).
1611                  */
1612                 entity->service = 0;
1613
1614                 return true;
1615         }
1616
1617         /*
1618          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1619          */
1620         entity->service = 0;
1621         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1622                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1623         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1624         return false;
1625 }
1626
1627 /*
1628  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1629  * macros.
1630  */
1631 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1632 {
1633         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1634 }
1635
1636 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1637                                              struct bfq_queue *bfqq,
1638                                              unsigned int old_wr_coeff,
1639                                              bool wr_or_deserves_wr,
1640                                              bool interactive,
1641                                              bool in_burst,
1642                                              bool soft_rt)
1643 {
1644         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1645                 /* start a weight-raising period */
1646                 if (interactive) {
1647                         bfqq->service_from_wr = 0;
1648                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1649                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1650                 } else {
1651                         /*
1652                          * No interactive weight raising in progress
1653                          * here: assign minus infinity to
1654                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1655                          * that, at the end of the soft-real-time
1656                          * weight raising periods that is starting
1657                          * now, no interactive weight-raising period
1658                          * may be wrongly considered as still in
1659                          * progress (and thus actually started by
1660                          * mistake).
1661                          */
1662                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1663                                 bfq_smallest_from_now();
1664                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1665                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1666                         bfqq->wr_cur_max_time =
1667                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1668                 }
1669
1670                 /*
1671                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1672                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1673                  * scheduling-error component due to a too large
1674                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1675                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1676                  * too small budget either, to avoid increasing
1677                  * latency by causing too frequent expirations.
1678                  */
1679                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1680                                             bfqq->entity.budget,
1681                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1682         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1683                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1684                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1685                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1686                 } else if (in_burst)
1687                         bfqq->wr_coeff = 1;
1688                 else if (soft_rt) {
1689                         /*
1690                          * The application is now or still meeting the
1691                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1692                          * can then correctly and safely (re)charge
1693                          * the weight-raising duration for the
1694                          * application with the weight-raising
1695                          * duration for soft rt applications.
1696                          *
1697                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1698                          * before the weight-raising period for the
1699                          * application finishes, reduces the probability
1700                          * of the following negative scenario:
1701                          * 1) the weight of a soft rt application is
1702                          *    raised at startup (as for any newly
1703                          *    created application),
1704                          * 2) since the application is not interactive,
1705                          *    at a certain time weight-raising is
1706                          *    stopped for the application,
1707                          * 3) at that time the application happens to
1708                          *    still have pending requests, and hence
1709                          *    is destined to not have a chance to be
1710                          *    deemed soft rt before these requests are
1711                          *    completed (see the comments to the
1712                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1713                          *    for details on soft rt detection),
1714                          * 4) these pending requests experience a high
1715                          *    latency because the application is not
1716                          *    weight-raised while they are pending.
1717                          */
1718                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1719                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1720                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1721                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1722
1723                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1724                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1725                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1726                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1727                         }
1728                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1729                 }
1730         }
1731 }
1732
1733 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1734                                         struct bfq_queue *bfqq)
1735 {
1736         return bfqq->dispatched == 0 &&
1737                 time_is_before_jiffies(
1738                         bfqq->budget_timeout +
1739                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1740 }
1741
1742
1743 /*
1744  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1745  * weight than the in-service queue.
1746  */
1747 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1748                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1749 {
1750         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1751
1752         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1753                 return true;
1754
1755         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1756                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1757                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1758         } else {
1759                 if (bfqq->entity.parent)
1760                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1761                 else
1762                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1763                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1764                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1765                 else
1766                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1767         }
1768
1769         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1770 }
1771
1772 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1773
1774 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1775                                              struct bfq_queue *bfqq,
1776                                              int old_wr_coeff,
1777                                              struct request *rq,
1778                                              bool *interactive)
1779 {
1780         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1781                 bfqq_wants_to_preempt,
1782                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1783                 /*
1784                  * See the comments on
1785                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1786                  * details on the usage of the next variable.
1787                  */
1788                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1789                         bfqq->ttime.last_end_request +
1790                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1791
1792
1793         /*
1794          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1795          * - it is sync,
1796          * - it does not belong to a large burst,
1797          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1798          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1799          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1800          *   to control its weight explicitly)
1801          */
1802         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1803         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1804                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1805                 !in_burst &&
1806                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1807                 bfqq->dispatched == 0 &&
1808                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1809         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1810                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1811         /*
1812          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1813          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1814          * are usually created for non-interactive and
1815          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1816          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1817          * they are created shortly after each other. So they may
1818          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1819          * application, if the application happens to spawn multiple
1820          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1821          * raising.
1822          */
1823         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1824                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1825                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1826                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1827                    (*interactive || soft_rt)));
1828
1829         /*
1830          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1831          * may want to preempt the in-service queue.
1832          */
1833         bfqq_wants_to_preempt =
1834                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1835                                                     arrived_in_time);
1836
1837         /*
1838          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1839          * idle for much more than an interactive queue, then we
1840          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1841          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1842          * to be treated as a queue belonging to a burst
1843          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1844          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1845          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1846          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1847          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1848          * a burst.
1849          */
1850         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1851             idle_for_long_time &&
1852             time_is_before_jiffies(
1853                     bfqq->budget_timeout +
1854                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1855                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1856                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1857         }
1858
1859         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1860
1861         if (bfqd->low_latency) {
1862                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1863                         /* wraparound */
1864                         bfqq->split_time =
1865                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1866
1867                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1868                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1869                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1870                                                          old_wr_coeff,
1871                                                          wr_or_deserves_wr,
1872                                                          *interactive,
1873                                                          in_burst,
1874                                                          soft_rt);
1875
1876                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1877                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1878                 }
1879         }
1880
1881         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1882         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1883         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1884
1885         bfq_add_bfqq_busy(bfqq);
1886
1887         /*
1888          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1889          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1890          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1891          * recover a service hole, as explained in the comments on
1892          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1893          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1894          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1895          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1896          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1897          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1898          * critical, as the in-service queue.
1899          *
1900          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1901          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1902          * condition does not hold, we don't care because, even if
1903          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1904          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1905          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1906          *
1907          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1908          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1909          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1910          * useless preemptions, the return value of
1911          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1912          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1913          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1914          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1915          * timestamps of the in-service queue would need to be
1916          * updated, and this operation is quite costly (see the
1917          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1918          *
1919          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1920          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1921          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1922          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1923          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1924          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1925          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1926          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1927          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1928          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1929          */
1930         if (bfqd->in_service_queue &&
1931             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1932               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1933              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1934              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1935             next_queue_may_preempt(bfqd))
1936                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1937                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1938 }
1939
1940 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1941                                    struct bfq_queue *bfqq)
1942 {
1943         /* invalidate baseline total service time */
1944         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1945
1946         /*
1947          * Reset pointer in case we are waiting for
1948          * some request completion.
1949          */
1950         bfqd->waited_rq = NULL;
1951
1952         /*
1953          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1954          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1955          * an injected I/O request may be higher than the think time
1956          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1957          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1958          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1959          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1960          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1961          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1962          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1963          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1964          * expired. This is the very pattern that gives the
1965          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1966          * injection on request service times, and then to update the
1967          * limit accordingly.
1968          *
1969          * However, in the following special case, the inject limit is
1970          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1971          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1972          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1973          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1974          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1975          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1976          * throughput, as explained in detail in the comments in
1977          * bfq_update_has_short_ttime().
1978          *
1979          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1980          * start directly by 1, because:
1981          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1982          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1983          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1984          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1985          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1986          * expire before getting its next request. With this request
1987          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1988          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1989          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1990          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1991          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1992          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1993          * further reduces chances to actually compute the baseline
1994          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1995          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1996          * than 1.
1997          */
1998         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1999                 bfqq->inject_limit = 0;
2000         else
2001                 bfqq->inject_limit = 1;
2002
2003         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2004 }
2005
2006 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2007 {
2008         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2009
2010         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2011                 bfqq->tot_idle_time +=
2012                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2013
2014         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2015                 return;
2016
2017         /*
2018          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2019          * considered I/O bound.
2020          */
2021         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2022                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2023         else
2024                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2025
2026         /*
2027          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2028          * from now.
2029          */
2030         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2031                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2032                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2033         }
2034 }
2035
2036 /*
2037  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2038  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2039  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2040  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2041  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2042  * queue.
2043  *
2044  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2045  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2046  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2047  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2048  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2049  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2050  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2051  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2052  * in bfq_select_queue().
2053  *
2054  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2055  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2056  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2057  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2058  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2059  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2060  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2061  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2062  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2063  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2064  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2065  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2066  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2067  * positives less likely.
2068  *
2069  * NOTE
2070  *
2071  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2072  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2073  * detection is likely to be actually fast, for the following
2074  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2075  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2076  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2077  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2078  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2079  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2080  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2081  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2082  *
2083  * ISSUE
2084  *
2085  * On queue merging all waker information is lost.
2086  */
2087 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2088                             u64 now_ns)
2089 {
2090         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2091
2092         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2093             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2094             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2095             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC)
2096                 return;
2097
2098         /*
2099          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2100          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2101          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2102          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases. 
2103          */
2104         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2105             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2106             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2107                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2108                 /*
2109                  * First synchronization detected with a
2110                  * candidate waker queue, or with a different
2111                  * candidate waker queue from the current one.
2112                  */
2113                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2114                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2115                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2116                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2117                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2118                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2119                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2120         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2121                 bfqq->num_waker_detections++;
2122
2123         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2124                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2125                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2126                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2127                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2128                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2129
2130                 /*
2131                  * If the waker queue disappears, then
2132                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2133                  * this goal, we maintain in each
2134                  * waker queue a list, woken_list, of
2135                  * all the queues that reference the
2136                  * waker queue through their
2137                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2138                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2139                  * of all the queues in the woken_list
2140                  * is reset.
2141                  *
2142                  * In addition, if bfqq is already in
2143                  * the woken_list of a waker queue,
2144                  * then, before being inserted into
2145                  * the woken_list of a new waker
2146                  * queue, bfqq must be removed from
2147                  * the woken_list of the old waker
2148                  * queue.
2149                  */
2150                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2151                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2152                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2153                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2154         }
2155 }
2156
2157 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2158 {
2159         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2160         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2161         struct request *next_rq, *prev;
2162         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2163         bool interactive = false;
2164         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2165
2166         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2167         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2168         /*
2169          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2170          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2171          */
2172         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued + 1);
2173
2174         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && RQ_BIC(rq)->requests <= 1) {
2175                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2176
2177                 /*
2178                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2179                  * the latter eventually drops in case workload
2180                  * changes, see step (3) in the comments on
2181                  * bfq_update_inject_limit().
2182                  */
2183                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2184                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2185                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2186
2187                 /*
2188                  * The following conditions must hold to setup a new
2189                  * sampling of total service time, and then a new
2190                  * update of the inject limit:
2191                  * - bfqq is in service, because the total service
2192                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2193                  *   the queues in service;
2194                  * - this is the right occasion to compute or to
2195                  *   lower the baseline total service time, because
2196                  *   there are actually no requests in the drive,
2197                  *   or
2198                  *   the baseline total service time is available, and
2199                  *   this is the right occasion to compute the other
2200                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2201                  *   the total service time caused by the amount of
2202                  *   injection allowed by the current value of the
2203                  *   limit. It is the right occasion because injection
2204                  *   has actually been performed during the service
2205                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2206                  *   which are very likely to be exactly the injected
2207                  *   requests, or part of them;
2208                  * - the minimum interval for sampling the total
2209                  *   service time and updating the inject limit has
2210                  *   elapsed.
2211                  */
2212                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2213                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2214                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2215                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2216                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2217                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2218                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2219                         /*
2220                          * Start the state machine for measuring the
2221                          * total service time of rq: setting
2222                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2223                          * be set when rq will be dispatched.
2224                          */
2225                         bfqd->wait_dispatch = true;
2226                         /*
2227                          * If there is no I/O in service in the drive,
2228                          * then possible injection occurred before the
2229                          * arrival of rq will not affect the total
2230                          * service time of rq. So the injection limit
2231                          * must not be updated as a function of such
2232                          * total service time, unless new injection
2233                          * occurs before rq is completed. To have the
2234                          * injection limit updated only in the latter
2235                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2236                          * will be set in case injection is performed
2237                          * on bfqq before rq is completed).
2238                          */
2239                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2240                                 bfqd->rqs_injected = false;
2241                 }
2242         }
2243
2244         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2245                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2246
2247         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2248
2249         /*
2250          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2251          */
2252         prev = bfqq->next_rq;
2253         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2254         bfqq->next_rq = next_rq;
2255
2256         /*
2257          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2258          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2259          */
2260         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2261                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2262
2263         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2264                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2265                                                  rq, &interactive);
2266         else {
2267                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2268                     time_is_before_jiffies(
2269                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2270                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2271                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2272                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2273
2274                         bfqd->wr_busy_queues++;
2275                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2276                 }
2277                 if (prev != bfqq->next_rq)
2278                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2279         }
2280
2281         /*
2282          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2283          * cases:
2284          *
2285          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2286          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2287          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2288          *   of information is used only for deciding whether to
2289          *   weight-raise async queues
2290          *
2291          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2292          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2293          *   stores the time when weight-raising starts
2294          *
2295          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2296          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2297          *   period must start or restart (this case is considered
2298          *   separately because it is not detected by the above
2299          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2300          *
2301          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2302          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2303          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2304          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2305          * needed.
2306          */
2307         if (bfqd->low_latency &&
2308                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2309                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2310 }
2311
2312 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2313                                           struct bio *bio,
2314                                           struct request_queue *q)
2315 {
2316         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2317
2318
2319         if (bfqq)
2320                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2321
2322         return NULL;
2323 }
2324
2325 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2326 {
2327         if (last_pos)
2328                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2329
2330         return 0;
2331 }
2332
2333 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2334 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2335 {
2336         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2337
2338         bfqd->rq_in_driver++;
2339 }
2340
2341 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2342 {
2343         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2344
2345         bfqd->rq_in_driver--;
2346 }
2347 #endif
2348
2349 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2350                                struct request *rq)
2351 {
2352         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2353         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2354         const int sync = rq_is_sync(rq);
2355
2356         if (bfqq->next_rq == rq) {
2357                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2358                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2359         }
2360
2361         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2362                 list_del_init(&rq->queuelist);
2363         bfqq->queued[sync]--;
2364         /*
2365          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2366          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2367          */
2368         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued - 1);
2369         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2370
2371         elv_rqhash_del(q, rq);
2372         if (q->last_merge == rq)
2373                 q->last_merge = NULL;
2374
2375         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2376                 bfqq->next_rq = NULL;
2377
2378                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2379                         bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
2380                         /*
2381                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2382                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2383                          * bfqq->entity.budget must contain,
2384                          * respectively, the service received and the
2385                          * budget used last time bfqq emptied. These
2386                          * facts do not hold in this case, as at least
2387                          * this last removal occurred while bfqq is
2388                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2389                          * reset both bfqq->entity.service and
2390                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2391                          * process that may issue I/O requests to it.
2392                          */
2393                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2394                 }
2395
2396                 /*
2397                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2398                  */
2399                 if (bfqq->pos_root) {
2400                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2401                         bfqq->pos_root = NULL;
2402                 }
2403         } else {
2404                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2405                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2406                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2407         }
2408
2409         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2410                 bfqq->meta_pending--;
2411
2412 }
2413
2414 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2415                 unsigned int nr_segs)
2416 {
2417         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2418         struct request *free = NULL;
2419         /*
2420          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2421          * store its return value for later use, to avoid nesting
2422          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2423          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2424          * bfqd->lock is taken.
2425          */
2426         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2427         bool ret;
2428
2429         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2430
2431         if (bic) {
2432                 /*
2433                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2434                  * considering the merge.
2435                  */
2436                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2437
2438                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2439         } else {
2440                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2441         }
2442         bfqd->bio_bic = bic;
2443
2444         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2445
2446         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2447         if (free)
2448                 blk_mq_free_request(free);
2449
2450         return ret;
2451 }
2452
2453 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2454                              struct bio *bio)
2455 {
2456         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2457         struct request *__rq;
2458
2459         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2460         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2461                 *req = __rq;
2462
2463                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2464                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2465                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2466         }
2467
2468         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2469 }
2470
2471 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2472                                enum elv_merge type)
2473 {
2474         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2475             rb_prev(&req->rb_node) &&
2476             blk_rq_pos(req) <
2477             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2478                                     struct request, rb_node))) {
2479                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2480                 struct bfq_data *bfqd;
2481                 struct request *prev, *next_rq;
2482
2483                 if (!bfqq)
2484                         return;
2485
2486                 bfqd = bfqq->bfqd;
2487
2488                 /* Reposition request in its sort_list */
2489                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2490                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2491
2492                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2493                 prev = bfqq->next_rq;
2494                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2495                                          bfqd->last_position);
2496                 bfqq->next_rq = next_rq;
2497                 /*
2498                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2499                  * fit the new request and the queue's position in its
2500                  * rq_pos_tree.
2501                  */
2502                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2503                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2504                         /*
2505                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2506                          * the unlikely().
2507                          */
2508                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2509                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2510                 }
2511         }
2512 }
2513
2514 /*
2515  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2516  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2517  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2518  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2519  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2520  *
2521  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2522  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2523  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2524  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2525  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2526  * only by bfq_insert_request.
2527  */
2528 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2529                                 struct request *next)
2530 {
2531         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2532                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2533
2534         if (!bfqq)
2535                 goto remove;
2536
2537         /*
2538          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2539          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2540          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2541          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2542          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2543          * which would most certainly be too expensive with respect to
2544          * the benefits.
2545          */
2546         if (bfqq == next_bfqq &&
2547             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2548             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2549                 list_del_init(&rq->queuelist);
2550                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2551                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2552         }
2553
2554         if (bfqq->next_rq == next)
2555                 bfqq->next_rq = rq;
2556
2557         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2558 remove:
2559         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2560         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2561                 bfq_remove_request(next->q, next);
2562                 if (next_bfqq)
2563                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2564                                                     next->cmd_flags);
2565         }
2566 }
2567
2568 /* Must be called with bfqq != NULL */
2569 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2570 {
2571         /*
2572          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2573          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2574          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2575          * a soft real-time application. Such an application actually
2576          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2577          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2578          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2579          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2580          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2581          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2582          * very long time.
2583          */
2584
2585         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2586             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2587                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2588
2589         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2590                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2591         bfqq->wr_coeff = 1;
2592         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2593         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2594         /*
2595          * Trigger a weight change on the next invocation of
2596          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2597          */
2598         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2599 }
2600
2601 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2602                              struct bfq_group *bfqg)
2603 {
2604         int i, j;
2605
2606         for (i = 0; i < 2; i++)
2607                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2608                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2609                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2610         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2611                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2612 }
2613
2614 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2615 {
2616         struct bfq_queue *bfqq;
2617
2618         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2619
2620         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2621                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2622         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2623                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2624         bfq_end_wr_async(bfqd);
2625
2626         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2627 }
2628
2629 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2630 {
2631         if (request)
2632                 return blk_rq_pos(io_struct);
2633         else
2634                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2635 }
2636
2637 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2638                                   sector_t sector)
2639 {
2640         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2641                BFQQ_CLOSE_THR;
2642 }
2643
2644 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2645                                          struct bfq_queue *bfqq,
2646                                          sector_t sector)
2647 {
2648         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2649         struct rb_node *parent, *node;
2650         struct bfq_queue *__bfqq;
2651
2652         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2653                 return NULL;
2654
2655         /*
2656          * First, if we find a request starting at the end of the last
2657          * request, choose it.
2658          */
2659         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2660         if (__bfqq)
2661                 return __bfqq;
2662
2663         /*
2664          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2665          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2666          * next_request position).
2667          */
2668         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2669         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2670                 return __bfqq;
2671
2672         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2673                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2674         else
2675                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2676         if (!node)
2677                 return NULL;
2678
2679         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2680         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2681                 return __bfqq;
2682
2683         return NULL;
2684 }
2685
2686 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2687                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2688                                                    sector_t sector)
2689 {
2690         struct bfq_queue *bfqq;
2691
2692         /*
2693          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2694          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2695          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2696          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2697          * the best possible order for throughput.
2698          */
2699         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2700         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2701                 return NULL;
2702
2703         return bfqq;
2704 }
2705
2706 static struct bfq_queue *
2707 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2708 {
2709         int process_refs, new_process_refs;
2710         struct bfq_queue *__bfqq;
2711
2712         /*
2713          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2714          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2715          * may have dropped their last reference (not just their last process
2716          * reference).
2717          */
2718         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2719                 return NULL;
2720
2721         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2722         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2723                 if (__bfqq == bfqq)
2724                         return NULL;
2725                 new_bfqq = __bfqq;
2726         }
2727
2728         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2729         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2730         /*
2731          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2732          * sense in merging the queues.
2733          */
2734         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2735                 return NULL;
2736
2737         /*
2738          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2739          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2740          * for merging.
2741          */
2742         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2743                 return NULL;
2744
2745         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2746                 new_bfqq->pid);
2747
2748         /*
2749          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2750          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2751          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2752          * first time that the requests of some process are redirected to
2753          * it.
2754          *
2755          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2756          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2757          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2758          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2759          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2760          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2761          *
2762          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2763          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2764          * best option, as we feed the in-service queue with new
2765          * requests close to the last request served and, by doing so,
2766          * are likely to increase the throughput.
2767          */
2768         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2769         /*
2770          * The above assignment schedules the following redirections:
2771          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2772          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2773          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2774          * in advance, adding the number of processes that are
2775          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2776          * issue I/O.
2777          */
2778         new_bfqq->ref += process_refs;
2779         return new_bfqq;
2780 }
2781
2782 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2783                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2784 {
2785         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2786                 return false;
2787
2788         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2789             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2790                 return false;
2791
2792         /*
2793          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2794          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2795          * sequential I/O.
2796          */
2797         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2798                 return false;
2799
2800         /*
2801          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2802          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2803          * queues.
2804          */
2805         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2806                 return false;
2807
2808         return true;
2809 }
2810
2811 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2812                                              struct bfq_queue *bfqq);
2813
2814 /*
2815  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2816  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2817  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2818  * structure otherwise.
2819  *
2820  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2821  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2822  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2823  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2824  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2825  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2826  *
2827  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2828  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2829  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2830  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2831  * requests than the ones produced by its originally-associated
2832  * process.
2833  */
2834 static struct bfq_queue *
2835 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2836                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2837 {
2838         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2839
2840         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2841         if (bfqq->new_bfqq)
2842                 return bfqq->new_bfqq;
2843
2844         /*
2845          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2846          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2847          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2848          * must be non null). If we considered also merged queues,
2849          * then we should also check whether bfqq has already been
2850          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2851          * costly and complicated.
2852          */
2853         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2854                 /*
2855                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2856                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2857                  * stable merging) also if bic is associated with a
2858                  * sync queue, but this bfqq is async
2859                  */
2860                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2861                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2862                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2863                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2864                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2865                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2866                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2867                                 bic->stable_merge_bfqq;
2868                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2869                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2870
2871                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2872                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2873
2874                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2875
2876                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2877                             proc_ref > 0) {
2878                                 /* next function will take at least one ref */
2879                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2880                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2881
2882                                 if (new_bfqq) {
2883                                         bic->stably_merged = true;
2884                                         if (new_bfqq->bic)
2885                                                 new_bfqq->bic->stably_merged =
2886                                                                         true;
2887                                 }
2888                                 return new_bfqq;
2889                         } else
2890                                 return NULL;
2891                 }
2892         }
2893
2894         /*
2895          * Do not perform queue merging if the device is non
2896          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2897          * device reaches a high speed through internal parallelism
2898          * and pipelining. This means that, to reach a high
2899          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2900          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2901          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2902          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2903          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2904          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2905          * the throughput reached by the device is likely to be the
2906          * same, with and without queue merging.
2907          *
2908          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2909          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2910          * artificially more uneven, because of shared queues
2911          * remaining non empty for incomparably more time than
2912          * non-merged queues. This may accentuate workload
2913          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2914          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2915          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2916          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2917          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2918          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2919          *
2920          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2921          * of the two branches is more likely than the other, but to
2922          * have the code path after the following if() executed as
2923          * fast as possible for the case of a non rotational device
2924          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2925          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2926          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2927          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2928          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2929          * all.
2930          */
2931         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2932                 return NULL;
2933
2934         /*
2935          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2936          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2937          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2938          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2939          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2940          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2941          * probability that two non-cooperating processes, which just
2942          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2943          * their queues merged by mistake.
2944          */
2945         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2946                 return NULL;
2947
2948         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2949                 return NULL;
2950
2951         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2952         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2953                 return NULL;
2954
2955         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2956
2957         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2958             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2959             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2960                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2961             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2962             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2963                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2964                 if (new_bfqq)
2965                         return new_bfqq;
2966         }
2967         /*
2968          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2969          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2970          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2971          */
2972         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2973                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2974
2975         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2976             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2977                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2978
2979         return NULL;
2980 }
2981
2982 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2983 {
2984         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2985
2986         /*
2987          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2988          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2989          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2990          */
2991         if (!bic)
2992                 return;
2993
2994         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
2995         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
2996         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
2997
2998         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2999         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
3000         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3001         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3002         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3003         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3004         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3005         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3006         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3007                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3008                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3009                 /*
3010                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3011                  * would have deserved interactive weight raising, but
3012                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3013                  * because of this early merge. Store directly the
3014                  * weight-raising state that would have been assigned
3015                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3016                  * to enjoy weight raising if split soon.
3017                  */
3018                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3019                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3020                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3021                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3022         } else {
3023                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3024                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3025                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3026                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
3027                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3028                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3029         }
3030 }
3031
3032
3033 static void
3034 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3035 {
3036         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3037             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3038                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3039         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3040                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3041 }
3042
3043 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3044 {
3045         /*
3046          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3047          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3048          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3049          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3050          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3051          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3052          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3053          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3054          * never happen.
3055          */
3056         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3057             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3058                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
3059
3060         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3061
3062         bfq_put_queue(bfqq);
3063 }
3064
3065 static void
3066 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3067                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3068 {
3069         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3070                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3071         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3072         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3073         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3074         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3075                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3076         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3077
3078         /*
3079          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3080          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3081          * waker, then assume that all these processes will be happy
3082          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3083          * I/O.
3084          */
3085         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3086             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3087                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3088                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3089
3090                 /*
3091                  * If the waker queue disappears, then
3092                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3093                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3094                  * bfq_check_waker for details.
3095                  */
3096                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3097                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3098
3099         }
3100
3101         /*
3102          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3103          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3104          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3105          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3106          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3107          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3108          * easy, thanks to the flag just_created.
3109          */
3110         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3111                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3112                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3113                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3114                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3115                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3116                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3117                         bfqd->wr_busy_queues++;
3118                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3119         }
3120
3121         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3122                 bfqq->wr_coeff = 1;
3123                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3124                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3125                         bfqd->wr_busy_queues--;
3126         }
3127
3128         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3129                      bfqd->wr_busy_queues);
3130
3131         /*
3132          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3133          */
3134         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3135         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3136         /*
3137          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3138          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3139          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3140          *   be set to NULL, or
3141          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3142          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3143          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3144          *   assignment causes no harm).
3145          */
3146         new_bfqq->bic = NULL;
3147         /*
3148          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3149          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3150          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3151          * because it reports a random pid between those of the associated
3152          * processes.
3153          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3154          * a pid in logging messages.
3155          */
3156         new_bfqq->pid = -1;
3157         bfqq->bic = NULL;
3158
3159         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3160
3161         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3162 }
3163
3164 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3165                                 struct bio *bio)
3166 {
3167         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3168         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3169         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3170
3171         /*
3172          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3173          */
3174         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3175                 return false;
3176
3177         /*
3178          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3179          * merge only if rq is queued there.
3180          */
3181         if (!bfqq)
3182                 return false;
3183
3184         /*
3185          * We take advantage of this function to perform an early merge
3186          * of the queues of possible cooperating processes.
3187          */
3188         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3189         if (new_bfqq) {
3190                 /*
3191                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3192                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3193                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3194                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3195                  * and bfqq can be put.
3196                  */
3197                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3198                                 new_bfqq);
3199                 /*
3200                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3201                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3202                  * merged.
3203                  */
3204                 bfqq = new_bfqq;
3205
3206                 /*
3207                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3208                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3209                  * this function may be invoked again (and then may
3210                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3211                  */
3212                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3213         }
3214
3215         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3216 }
3217
3218 /*
3219  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3220  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3221  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3222  * processes.
3223  */
3224 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3225                                    struct bfq_queue *bfqq)
3226 {
3227         unsigned int timeout_coeff;
3228
3229         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3230                 timeout_coeff = 1;
3231         else
3232                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3233
3234         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3235
3236         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3237                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3238 }
3239
3240 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3241                                        struct bfq_queue *bfqq)
3242 {
3243         if (bfqq) {
3244                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3245
3246                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3247
3248                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3249                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3250                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3251                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3252                         /*
3253                          * For soft real-time queues, move the start
3254                          * of the weight-raising period forward by the
3255                          * time the queue has not received any
3256                          * service. Otherwise, a relatively long
3257                          * service delay is likely to cause the
3258                          * weight-raising period of the queue to end,
3259                          * because of the short duration of the
3260                          * weight-raising period of a soft real-time
3261                          * queue.  It is worth noting that this move
3262                          * is not so dangerous for the other queues,
3263                          * because soft real-time queues are not
3264                          * greedy.
3265                          *
3266                          * To not add a further variable, we use the
3267                          * overloaded field budget_timeout to
3268                          * determine for how long the queue has not
3269                          * received service, i.e., how much time has
3270                          * elapsed since the queue expired. However,
3271                          * this is a little imprecise, because
3272                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3273                          * not only expires, but also remains with no
3274                          * request.
3275                          */
3276                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3277                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3278                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3279                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3280                         else
3281                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3282                 }
3283
3284                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3285                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3286                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3287                              bfqq->entity.budget);
3288         }
3289
3290         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3291         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3292 }
3293
3294 /*
3295  * Get and set a new queue for service.
3296  */
3297 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3298 {
3299         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3300
3301         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3302         return bfqq;
3303 }
3304
3305 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3306 {
3307         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3308         u32 sl;
3309
3310         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3311
3312         /*
3313          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3314          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3315          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3316          */
3317         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3318         /*
3319          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3320          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3321          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3322          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3323          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3324          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3325          * needed if the queue has a higher weight than some other
3326          * queue).
3327          */
3328         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3329             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3330                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3331         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3332                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3333
3334         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3335         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3336
3337         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3338                       HRTIMER_MODE_REL);
3339         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3340 }
3341
3342 /*
3343  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3344  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3345  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3346  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3347  * this maximises throughput with sequential workloads.
3348  */
3349 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3350 {
3351         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3352                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3353 }
3354
3355 /*
3356  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3357  * function of the estimated peak rate. See comments on
3358  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3359  */
3360 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3361 {
3362         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3363                 bfqd->bfq_max_budget =
3364                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3365                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3366         }
3367 }
3368
3369 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3370                                        struct request *rq)
3371 {
3372         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3373                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3374                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3375                 bfqd->sequential_samples = 0;
3376                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3377                         blk_rq_sectors(rq);
3378         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3379                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3380
3381         bfq_log(bfqd,
3382                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3383                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3384                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3385 }
3386
3387 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3388 {
3389         u32 rate, weight, divisor;
3390
3391         /*
3392          * For the convergence property to hold (see comments on
3393          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3394          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3395          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3396          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3397          * for a new evaluation attempt.
3398          */
3399         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3400             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3401                 goto reset_computation;
3402
3403         /*
3404          * If a new request completion has occurred after last
3405          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3406          * have been served by the device, it is more precise to
3407          * extend the observation interval to the last completion.
3408          */
3409         bfqd->delta_from_first =
3410                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3411                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3412
3413         /*
3414          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3415          * precision issues.
3416          */
3417         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3418                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3419
3420         /*
3421          * Peak rate not updated if:
3422          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3423          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3424          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3425          */
3426         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3427              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3428                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3429                 goto reset_computation;
3430
3431         /*
3432          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3433          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3434          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3435          * measured rate.
3436          *
3437          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3438          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3439          * and to how long the observation time interval is.
3440          *
3441          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3442          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3443          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3444          * the measured rate contributes for half of the next value of
3445          * the estimated peak rate.
3446          *
3447          * So, the first step is to compute the weight as a function
3448          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3449          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3450          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3451          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3452          * incremented for the first sample.
3453          */
3454         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3455
3456         /*
3457          * Second step: further refine the weight as a function of the
3458          * duration of the observation interval.
3459          */
3460         weight = min_t(u32, 8,
3461                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3462                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3463
3464         /*
3465          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3466          * maximum weight.
3467          */
3468         divisor = 10 - weight;
3469
3470         /*
3471          * Finally, update peak rate:
3472          *
3473          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3474          */
3475         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3476         bfqd->peak_rate /= divisor;
3477         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3478
3479         bfqd->peak_rate += rate;
3480
3481         /*
3482          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3483          * the minimum representable values reported in the comments
3484          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3485          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3486          * divisor.
3487          */
3488         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3489
3490         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3491
3492 reset_computation:
3493         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3494 }
3495
3496 /*
3497  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3498  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3499  *
3500  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3501  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3502  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3503  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3504  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3505  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3506  * by the device.
3507  *
3508  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3509  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3510  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3511  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3512  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3513  * unknown, namely in-device request service rate.
3514  *
3515  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3516  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3517  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3518  * same requests are then served. But, since the size of any
3519  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3520  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3521  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3522  * closer and closer to the number of requests completed as the
3523  * observation interval grows. This is the key property used in
3524  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3525  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3526  * on every request dispatch.
3527  */
3528 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3529 {
3530         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3531
3532         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3533                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3534                         bfqd->peak_rate_samples);
3535                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3536                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3537         }
3538
3539         /*
3540          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3541          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3542          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3543          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3544          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3545          * taken:
3546          * - close the observation interval at the last (previous)
3547          *   request dispatch or completion
3548          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3549          * - start a new observation interval with this dispatch
3550          */
3551         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3552             bfqd->rq_in_driver == 0)
3553                 goto update_rate_and_reset;
3554
3555         /* Update sampling information */
3556         bfqd->peak_rate_samples++;
3557
3558         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3559                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3560             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3561                 bfqd->sequential_samples++;
3562
3563         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3564
3565         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3566         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3567                 bfqd->last_rq_max_size =
3568                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3569         else
3570                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3571
3572         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3573
3574         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3575         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3576                 goto update_last_values;
3577
3578 update_rate_and_reset:
3579         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3580 update_last_values:
3581         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3582         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3583                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3584         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3585 }
3586
3587 /*
3588  * Remove request from internal lists.
3589  */
3590 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3591 {
3592         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3593
3594         /*
3595          * For consistency, the next instruction should have been
3596          * executed after removing the request from the queue and
3597          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3598          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3599          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3600          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3601          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3602          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3603          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3604          * happens to be taken into account.
3605          */
3606         bfqq->dispatched++;
3607         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3608
3609         bfq_remove_request(q, rq);
3610 }
3611
3612 /*
3613  * There is a case where idling does not have to be performed for
3614  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3615  * the process associated with bfqq.
3616  *
3617  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3618  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3619  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3620  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3621  * actual request service order. In particular, the critical
3622  * situation is when requests from different processes happen
3623  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3624  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3625  * the service order of the internally-queued requests, does
3626  * determine also the actual throughput distribution among
3627  * these processes. But the drive typically has no notion or
3628  * concern about per-process throughput distribution, and
3629  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3630  * the service distribution enforced by the drive's internal
3631  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3632  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3633  * skewed scenario where:
3634  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3635  *       the others,
3636  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3637  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3638  *       throughput than any of the other processes;
3639  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3640  *       terms of locality (sequential or random), direction
3641  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3642  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3643
3644  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3645  * of each process in about the same way as the requests of the
3646  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3647  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3648  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3649  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3650  * bfqq.
3651  *
3652  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3653  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3654  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3655  * (see [1] for details).
3656  *
3657  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3658  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3659  * example is sync random I/O on flash storage with command
3660  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3661  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3662  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3663  * service guarantees.
3664  *
3665  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3666  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3667  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3668  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3669  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3670  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3671  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3672  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3673  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3674  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3675  * some request already dispatched but still waiting for
3676  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3677  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3678  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3679  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3680  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3681  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3682  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3683  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3684  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3685  * bi-modal behavior, implemented in the function
3686  * bfq_asymmetric_scenario().
3687  *
3688  * If there are groups with requests waiting for completion
3689  * (as commented above, some of these groups may even be
3690  * already inactive), then the scenario is tagged as
3691  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3692  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3693  * This behavior matches also the fact that groups are created
3694  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3695  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3696  *
3697  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3698  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3699  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3700  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3701  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3702  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3703  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3704  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3705  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3706  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3707  * have the same weight.
3708  *
3709  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3710  * risk of getting less throughput than its fair share.
3711  * However, for queues with the same weight, a further
3712  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3713  * problem. And it does so without consequences on overall
3714  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3715  * in the next three paragraphs.
3716  *
3717  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3718  * can still preempt the new in-service queue if the next
3719  * request of Q arrives soon (see the comments on
3720  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3721  * groups have the same weight, this form of preemption,
3722  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3723  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3724  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3725  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3726  * idling allows the internal queues of the device to contain
3727  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3728  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3729  * minimum of mid-term fairness.
3730  *
3731  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3732  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3733  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3734  * that there are two queues with the same weight, but that
3735  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3736  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3737  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3738  * most one request at a time, which implies that each queue
3739  * always remains idle after it is served. Finally, after
3740  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3741  * request. It follows that the two queues are served
3742  * alternatively, preempting each other if needed. This
3743  * implies that, although both queues have the same weight,
3744  * the queue with large requests receives a service that is
3745  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3746  * queue.
3747  *
3748  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3749  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3750  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3751  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3752  * there is no active group, then the primary expectation for
3753  * this device is probably a high throughput.
3754  *
3755  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3756  * additional compound condition that is checked below for deciding
3757  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3758  * sub-condition, we need to add that the function
3759  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3760  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3761  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3762  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3763  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3764  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3765  * requests waiting for completion happen to be
3766  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3767  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3768  * weight raising.
3769  *
3770  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3771  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3772  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3773  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3774  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3775  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3776  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3777  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3778  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3779  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3780  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3781  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3782  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3783  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3784  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3785  * lose because of this delay.
3786  *
3787  * As a side note, it is worth considering that the above
3788  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3789  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3790  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3791  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3792  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3793  * may become impossible to make requests be served in the desired
3794  * order until all the requests already queued in the device have been
3795  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3796  * this problem for weight-raised queues.
3797  *
3798  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3799  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3800  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3801  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3802  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3803  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3804  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3805  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3806  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3807  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3808  * be served. In particular, event (2) may case even already
3809  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3810  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3811  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3812  */
3813 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3814                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3815 {
3816         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3817
3818         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3819         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3820                 return false;
3821
3822         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3823                 (bfqd->wr_busy_queues <
3824                  tot_busy_queues ||
3825                  bfqd->rq_in_driver >=
3826                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3827                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3828                 tot_busy_queues == 1;
3829 }
3830
3831 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3832                               enum bfqq_expiration reason)
3833 {
3834         /*
3835          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3836          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3837          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3838          * break the queues apart again.
3839          */
3840         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3841                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3842
3843         /*
3844          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3845          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3846          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3847          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3848          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3849          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3850          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3851          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3852          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3853          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3854          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3855          */
3856         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3857             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3858               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3859                 if (bfqq->dispatched == 0)
3860                         /*
3861                          * Overloading budget_timeout field to store
3862                          * the time at which the queue remains with no
3863                          * backlog and no outstanding request; used by
3864                          * the weight-raising mechanism.
3865                          */
3866                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3867
3868                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, true);
3869         } else {
3870                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3871                 /*
3872                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3873                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3874                  */
3875                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3876                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3877                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3878         }
3879
3880         /*
3881          * All in-service entities must have been properly deactivated
3882          * or requeued before executing the next function, which
3883          * resets all in-service entities as no more in service. This
3884          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3885          * function returns true.
3886          */
3887         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3888 }
3889
3890 /**
3891  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3892  * @bfqd: device data.
3893  * @bfqq: queue to update.
3894  * @reason: reason for expiration.
3895  *
3896  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3897  * See the body for detailed comments.
3898  */
3899 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3900                                      struct bfq_queue *bfqq,
3901                                      enum bfqq_expiration reason)
3902 {
3903         struct request *next_rq;
3904         int budget, min_budget;
3905
3906         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3907
3908         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3909                 budget = bfqq->max_budget;
3910         else /*
3911               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3912               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3913               * than the minimum possible budget, to cause a little
3914               * bit fewer expirations.
3915               */
3916                 budget = 2 * min_budget;
3917
3918         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3919                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3920         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3921                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3922         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3923                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3924
3925         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3926                 switch (reason) {
3927                 /*
3928                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3929                  * for throughput.
3930                  */
3931                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3932                         /*
3933                          * This is the only case where we may reduce
3934                          * the budget: if there is no request of the
3935                          * process still waiting for completion, then
3936                          * we assume (tentatively) that the timer has
3937                          * expired because the batch of requests of
3938                          * the process could have been served with a
3939                          * smaller budget.  Hence, betting that
3940                          * process will behave in the same way when it
3941                          * becomes backlogged again, we reduce its
3942                          * next budget.  As long as we guess right,
3943                          * this budget cut reduces the latency
3944                          * experienced by the process.
3945                          *
3946                          * However, if there are still outstanding
3947                          * requests, then the process may have not yet
3948                          * issued its next request just because it is
3949                          * still waiting for the completion of some of
3950                          * the still outstanding ones.  So in this
3951                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3952                          * contrary we increase it to possibly boost
3953                          * the throughput, as discussed in the
3954                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3955                          */
3956                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3957                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3958                         else {
3959                                 if (budget > 5 * min_budget)
3960                                         budget -= 4 * min_budget;
3961                                 else
3962                                         budget = min_budget;
3963                         }
3964                         break;
3965                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3966                         /*
3967                          * We double the budget here because it gives
3968                          * the chance to boost the throughput if this
3969                          * is not a seeky process (and has bumped into
3970                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3971                          */
3972                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3973                         break;
3974                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3975                         /*
3976                          * The process still has backlog, and did not
3977                          * let either the budget timeout or the disk
3978                          * idling timeout expire. Hence it is not
3979                          * seeky, has a short thinktime and may be
3980                          * happy with a higher budget too. So
3981                          * definitely increase the budget of this good
3982                          * candidate to boost the disk throughput.
3983                          */
3984                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3985                         break;
3986                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3987                         /*
3988                          * For queues that expire for this reason, it
3989                          * is particularly important to keep the
3990                          * budget close to the actual service they
3991                          * need. Doing so reduces the timestamp
3992                          * misalignment problem described in the
3993                          * comments in the body of
3994                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3995                          * that a queue systematically expires for
3996                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3997                          * new request in time to enjoy timestamp
3998                          * back-shifting. The larger the budget of the
3999                          * queue is with respect to the service the
4000                          * queue actually requests in each service
4001                          * slot, the more times the queue can be
4002                          * reactivated with the same virtual finish
4003                          * time. It follows that, even if this finish
4004                          * time is pushed to the system virtual time
4005                          * to reduce the consequent timestamp
4006                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4007                          * many re-activations a lower finish time
4008                          * than all newly activated queues.
4009                          *
4010                          * The service needed by bfqq is measured
4011                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4012                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4013                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4014                          * of sectors that the process associated with
4015                          * bfqq requested to read/write before waiting
4016                          * for request completions, or blocking for
4017                          * other reasons.
4018                          */
4019                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4020                         break;
4021                 default:
4022                         return;
4023                 }
4024         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4025                 /*
4026                  * Async queues get always the maximum possible
4027                  * budget, as for them we do not care about latency
4028                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4029                  * by the charging factor).
4030                  */
4031                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4032         }
4033
4034         bfqq->max_budget = budget;
4035
4036         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4037             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4038                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4039
4040         /*
4041          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4042          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4043          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4044          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4045          * update.
4046          *
4047          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4048          * it will be updated on the arrival of a new request.
4049          */
4050         next_rq = bfqq->next_rq;
4051         if (next_rq)
4052                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4053                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4054
4055         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4056                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4057                         bfqq->entity.budget);
4058 }
4059
4060 /*
4061  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4062  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4063  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4064  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4065  * on the function bfq_bfqq_expire().
4066  *
4067  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4068  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4069  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4070  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4071  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4072  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4073  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4074  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4075  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4076  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4077  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4078  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4079  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4080  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4081  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4082  * finishes.
4083  *
4084  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4085  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4086  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4087  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4088  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4089  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4090  */
4091 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4092                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4093                                  unsigned long *delta_ms)
4094 {
4095         ktime_t delta_ktime;
4096         u32 delta_usecs;
4097         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4098
4099         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4100                 return false;
4101
4102         if (compensate)
4103                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4104         else
4105                 delta_ktime = ktime_get();
4106         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4107         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4108
4109         /* don't use too short time intervals */
4110         if (delta_usecs < 1000) {
4111                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4112                          /*
4113                           * give same worst-case guarantees as idling
4114                           * for seeky
4115                           */
4116                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4117                 else /* charge at least one seek */
4118                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4119
4120                 return slow;
4121         }
4122
4123         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4124
4125         /*
4126          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4127          * spikes in service rate estimation.
4128          */
4129         if (delta_usecs > 20000) {
4130                 /*
4131                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4132                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4133                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4134                  * rate is likely to be an average over the disk
4135                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4136                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4137                  * its rate has been lower than half of the estimated
4138                  * peak rate.
4139                  */
4140                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4141         }
4142
4143         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4144
4145         return slow;
4146 }
4147
4148 /*
4149  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4150  * requirements. First, the application must not require an average
4151  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4152  * record a compressed high-definition video.
4153  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4154  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4155  * that, if the next request of the application does not arrive before
4156  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4157  *
4158  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4159  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4160  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4161  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4162  * and so on.
4163  * For this reason the next function is invoked to compute
4164  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4165  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4166  * not.
4167  *
4168  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4169  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4170  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4171  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4172  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4173  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4174  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4175  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4176  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4177  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4178  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4179  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4180  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4181  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4182  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4183  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4184  *
4185  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4186  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4187  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4188  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4189  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4190  *     the return value of this function with the current time plus
4191  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4192  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4193  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4194  *     real-time application spends some time processing data, after a
4195  *     batch of its requests has been completed.
4196  *
4197  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4198  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4199  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4200  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4201  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4202  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4203  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4204  *     time intervals are usually interspersed between other time
4205  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4206  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4207  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4208  *     function happen to be so high, near the end of any such
4209  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4210  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4211  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4212  *     this function. As a consequence, if the last value of
4213  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4214  *     next value that this function may return, then, from the very
4215  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4216  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4217  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4218  *     to soon for the application to be deemed as soft
4219  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4220  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4221  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4222  *
4223  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4224  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4225  * application, if the reference quantity was just
4226  * bfqd->bfq_slice_idle:
4227  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4228  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4229  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4230  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4231  *    is rather lower than the exact value.
4232  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4233  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4234  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4235  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4236  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4237  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4238  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4239  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4240  */
4241 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4242                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4243 {
4244         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4245                     bfqq->last_idle_bklogged +
4246                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4247                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4248                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4249 }
4250
4251 /**
4252  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4253  * @bfqd: device owning the queue.
4254  * @bfqq: the queue to expire.
4255  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4256  * @reason: the reason causing the expiration.
4257  *
4258  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4259  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4260  * in service instead of the service it has received (see
4261  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4262  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4263  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4264  * received more service than what it has actually received. In the
4265  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4266  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4267  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4268  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4269  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4270  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4271  *
4272  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4273  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4274  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4275  * guarantees among the latter.
4276  */
4277 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4278                      struct bfq_queue *bfqq,
4279                      bool compensate,
4280                      enum bfqq_expiration reason)
4281 {
4282         bool slow;
4283         unsigned long delta = 0;
4284         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4285
4286         /*
4287          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4288          */
4289         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4290
4291         /*
4292          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4293          * timed-out queues with the time and not the service
4294          * received, to favor sequential workloads.
4295          *
4296          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4297          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4298          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4299          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4300          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4301          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4302          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4303          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4304          * or quasi-sequential processes.
4305          */
4306         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4307             (slow ||
4308              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4309               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4310                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4311
4312         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4313                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4314
4315         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4316             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4317                 /*
4318                  * If we get here, and there are no outstanding
4319                  * requests, then the request pattern is isochronous
4320                  * (see the comments on the function
4321                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4322                  * compute soft_rt_next_start.
4323                  *
4324                  * If, instead, the queue still has outstanding
4325                  * requests, then we have to wait for the completion
4326                  * of all the outstanding requests to discover whether
4327                  * the request pattern is actually isochronous.
4328                  */
4329                 if (bfqq->dispatched == 0)
4330                         bfqq->soft_rt_next_start =
4331                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4332                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4333                         /*
4334                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4335                          * the task may be discovered to be isochronous.
4336                          */
4337                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4338                 }
4339         }
4340
4341         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4342                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4343                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4344
4345         /*
4346          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4347          * any longer: reset state machine for measuring total service
4348          * times.
4349          */
4350         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4351         bfqd->waited_rq = NULL;
4352
4353         /*
4354          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4355          * reason.
4356          */
4357         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4358         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4359                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4360                 return;
4361
4362         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4363         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4364             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4365             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4366                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4367                 /*
4368                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4369                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4370                  * service with this same budget (as if it never expired)
4371                  */
4372         } else
4373                 entity->service = 0;
4374
4375         /*
4376          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4377          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4378          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4379          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4380          * chance to go on being served using the last, partially
4381          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4382          * because if bfqq then actually goes on being served using
4383          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4384          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4385          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4386          * to keep entity->service for parent entities too, because
4387          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4388          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4389          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4390          * service with the same budget.
4391          */
4392         entity = entity->parent;
4393         for_each_entity(entity)
4394                 entity->service = 0;
4395 }
4396
4397 /*
4398  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4399  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4400  * idle timer expirations.
4401  */
4402 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4403 {
4404         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4405 }
4406
4407 /*
4408  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4409  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4410  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4411  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4412  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4413  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4414  */
4415 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4416 {
4417         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4418                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4419                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4420                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4421                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4422
4423         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4424                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4425                 &&
4426                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4427 }
4428
4429 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4430                                              struct bfq_queue *bfqq)
4431 {
4432         bool rot_without_queueing =
4433                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4434                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4435                 idling_boosts_thr;
4436
4437         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4438         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4439                 return false;
4440
4441         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4442                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4443
4444         /*
4445          * The next variable takes into account the cases where idling
4446          * boosts the throughput.
4447          *
4448          * The value of the variable is computed considering, first, that
4449          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4450          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4451          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4452          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4453          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4454          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4455          *     I/O-bound and sequential.
4456          *
4457          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4458          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4459          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4460          * the throughput in proportion to how fast the device
4461          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4462          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4463          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4464          * flash-based device.
4465          */
4466         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4467                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4468                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4469
4470         /*
4471          * The return value of this function is equal to that of
4472          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4473          * special case, described below, idling may cause problems to
4474          * weight-raised queues.
4475          *
4476          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4477          * of write hogs), if the processes associated with
4478          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4479          * then processes associated with weight-raised queues have a
4480          * higher probability to get a request from the pool
4481          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4482          * they have a higher probability to actually get a fraction
4483          * of the device throughput proportional to their high
4484          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4485          * which enqueue several requests in advance, and further
4486          * reorder internally-queued requests.
4487          *
4488          * For this reason, we force to false the return value if
4489          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4490          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4491          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4492          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4493          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4494          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4495          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4496          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4497          * requests from the request pool, before the busy
4498          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4499          * starvation problems in the presence of heavy write
4500          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4501          * application and system responsiveness in these hostile
4502          * scenarios.
4503          */
4504         return idling_boosts_thr &&
4505                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4506 }
4507
4508 /*
4509  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4510  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4511  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4512  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4513  * critical role as well.
4514  *
4515  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4516  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4517  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4518  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4519  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4520  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4521  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4522  * issue.
4523  *
4524  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4525  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4526  * functions providing the main pieces of information needed by this
4527  * function.
4528  */
4529 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4530 {
4531         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4532         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4533
4534         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4535         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4536                 return false;
4537
4538         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4539                 return true;
4540
4541         /*
4542          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4543          * do not idle if
4544          * (a) bfqq is async
4545          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4546          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4547          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4548          */
4549         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4550            bfq_class_idle(bfqq))
4551                 return false;
4552
4553         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4554                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4555
4556         idling_needed_for_service_guar =
4557                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4558
4559         /*
4560          * We have now the two components we need to compute the
4561          * return value of the function, which is true only if idling
4562          * either boosts the throughput (without issues), or is
4563          * necessary to preserve service guarantees.
4564          */
4565         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4566                 idling_needed_for_service_guar;
4567 }
4568
4569 /*
4570  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4571  * returns true, then:
4572  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4573  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4574  *    request for the queue.
4575  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4576  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4577  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4578  * returns true.
4579  */
4580 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4581 {
4582         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4583 }
4584
4585 /*
4586  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4587  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4588  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4589  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4590  * below.
4591  */
4592 static struct bfq_queue *
4593 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4594 {
4595         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4596         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4597         /*
4598          * If
4599          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4600          *   time-critical I/O,
4601          * or
4602          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4603          *   however a long think time, during which it can absorb the
4604          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4605          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4606          *   details on the computation of this number);
4607          * then injection can be performed without restrictions.
4608          */
4609         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4610                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4611
4612         /*
4613          * If
4614          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4615          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4616          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4617          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4618          *   significantly;
4619          * then temporarily raise inject limit to one request.
4620          */
4621         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4622             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4623             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4624                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4625                 )
4626                 limit = 1;
4627
4628         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4629                 return NULL;
4630
4631         /*
4632          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4633          * a high probability, very few steps are needed to find a
4634          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4635          * its next request. In fact:
4636          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4637          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4638          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4639          *   service, then the queue is removed from the active list
4640          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4641          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4642          */
4643         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4644                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4645                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4646                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4647                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4648                         /*
4649                          * Allow for only one large in-flight request
4650                          * on non-rotational devices, for the
4651                          * following reason. On non-rotationl drives,
4652                          * large requests take much longer than
4653                          * smaller requests to be served. In addition,
4654                          * the drive prefers to serve large requests
4655                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4656                          * having more than one large requests queued
4657                          * in the drive may easily make the next first
4658                          * request of the in-service queue wait for so
4659                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4660                          * the bright side, large requests let the
4661                          * drive reach a very high throughput, even if
4662                          * there is only one in-flight large request
4663                          * at a time.
4664                          */
4665                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4666                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4667                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4668                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4669                         else
4670                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4671
4672                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4673                                 bfqd->rqs_injected = true;
4674                                 return bfqq;
4675                         }
4676                 }
4677
4678         return NULL;
4679 }
4680
4681 /*
4682  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4683  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4684  */
4685 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4686 {
4687         struct bfq_queue *bfqq;
4688         struct request *next_rq;
4689         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4690
4691         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4692         if (!bfqq)
4693                 goto new_queue;
4694
4695         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4696
4697         /*
4698          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4699          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4700          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4701          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4702          * bfq_completed_request().
4703          */
4704         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4705             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4706                 goto expire;
4707
4708 check_queue:
4709         /*
4710          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4711          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4712          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4713          * request served.
4714          */
4715         next_rq = bfqq->next_rq;
4716         /*
4717          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4718          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4719          */
4720         if (next_rq) {
4721                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4722                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4723                         /*
4724                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4725                          * which makes sure that the next budget is
4726                          * enough to serve the next request, even if
4727                          * it comes from the fifo expired path.
4728                          */
4729                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4730                         goto expire;
4731                 } else {
4732                         /*
4733                          * The idle timer may be pending because we may
4734                          * not disable disk idling even when a new request
4735                          * arrives.
4736                          */
4737                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4738                                 /*
4739                                  * If we get here: 1) at least a new request
4740                                  * has arrived but we have not disabled the
4741                                  * timer because the request was too small,
4742                                  * 2) then the block layer has unplugged
4743                                  * the device, causing the dispatch to be
4744                                  * invoked.
4745                                  *
4746                                  * Since the device is unplugged, now the
4747                                  * requests are probably large enough to
4748                                  * provide a reasonable throughput.
4749                                  * So we disable idling.
4750                                  */
4751                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4752                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4753                         }
4754                         goto keep_queue;
4755                 }
4756         }
4757
4758         /*
4759          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4760          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4761          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4762          *
4763          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4764          * throughput and is possible.
4765          */
4766         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4767             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4768                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4769                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4770                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4771                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4772                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4773                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4774                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4775                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4776                                      struct bfq_queue,
4777                                      woken_list_node)
4778                         : NULL;
4779
4780                 /*
4781                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4782                  * whether to try injection, and choose the queue to
4783                  * pick an I/O request from.
4784                  *
4785                  * The first if checks whether the process associated
4786                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4787                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4788                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4789                  * process. On the contrary, it can only increase
4790                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4791                  *
4792                  * The second if checks whether there happens to be a
4793                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4794                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4795                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4796                  * a process that does some sync. A sync generates
4797                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4798                  * the process associated with bfqq can go on with its
4799                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4800                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4801                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4802                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4803                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4804                  * throughput. The best action to take is therefore to
4805                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4806                  * (without relying on the third alternative below for
4807                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4808                  * paragraph for further details). This systematic
4809                  * injection of I/O from the waker queue does not
4810                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4811                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4812                  * for it is not blocked for milliseconds.
4813                  *
4814                  * The third if checks whether there is a queue woken
4815                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4816                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4817                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4818                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4819                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4820                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4821                  *
4822                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4823                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4824                  * bfqq delivers more throughput when served without
4825                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4826                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4827                  * count more than overall throughput, and may be
4828                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4829                  * has a short think time). If none of these
4830                  * conditions holds, then a candidate queue for
4831                  * injection is looked for through
4832                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4833                  * latter may return NULL (for example if the inject
4834                  * limit for bfqq is currently 0).
4835                  *
4836                  * NOTE: motivation for the second alternative
4837                  *
4838                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4839                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4840                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4841                  * waker queue has pending I/O requests that are
4842                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4843                  * above lets the waker queue get served before the
4844                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4845                  * second alternative superfluous. It is not, because
4846                  * the fourth alternative may be way less effective in
4847                  * case of a synchronization. For two main
4848                  * reasons. First, throughput may be low because the
4849                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4850                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4851                  * other queues, that the second alternative
4852                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4853                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4854                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4855                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4856                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4857                  * may not be minimized, because the waker queue may
4858                  * happen to be served only after other queues.
4859                  */
4860                 if (async_bfqq &&
4861                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4862                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4863                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4864                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4865                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4866                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4867                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4868                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4869                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4870                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4871                         )
4872                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4873                 else if (blocked_bfqq &&
4874                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4875                            blocked_bfqq->next_rq &&
4876                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4877                                               blocked_bfqq) <=
4878                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4879                         )
4880                         bfqq = blocked_bfqq;
4881                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4882                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4883                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4884                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4885                 else
4886                         bfqq = NULL;
4887
4888                 goto keep_queue;
4889         }
4890
4891         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4892 expire:
4893         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4894 new_queue:
4895         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4896         if (bfqq) {
4897                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4898                 goto check_queue;
4899         }
4900 keep_queue:
4901         if (bfqq)
4902                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4903         else
4904                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4905
4906         return bfqq;
4907 }
4908
4909 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4910 {
4911         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4912
4913         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4914                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4915                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4916                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4917                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4918                         bfqq->wr_coeff,
4919                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4920
4921                 if (entity->prio_changed)
4922                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4923
4924                 /*
4925                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4926                  * time has elapsed from the beginning of this
4927                  * weight-raising period, then end weight raising.
4928                  */
4929                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4930                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4931                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4932                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4933                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4934                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4935                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4936                                 /*
4937                                  * Either in interactive weight
4938                                  * raising, or in soft_rt weight
4939                                  * raising with the
4940                                  * interactive-weight-raising period
4941                                  * elapsed (so no switch back to
4942                                  * interactive weight raising).
4943                                  */
4944                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4945                         } else { /*
4946                                   * soft_rt finishing while still in
4947                                   * interactive period, switch back to
4948                                   * interactive weight raising
4949                                   */
4950                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4951                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4952                         }
4953                 }
4954                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4955                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4956                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4957                         /* see comments on max_service_from_wr */
4958                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4959                 }
4960         }
4961         /*
4962          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4963          * update weight both if it must be raised and if it must be
4964          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4965          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4966          * next function with the last parameter unset (see the
4967          * comments on the function).
4968          */
4969         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4970                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4971                                                 entity, false);
4972 }
4973
4974 /*
4975  * Dispatch next request from bfqq.
4976  */
4977 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4978                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4979 {
4980         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4981         unsigned long service_to_charge;
4982
4983         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4984
4985         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4986
4987         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4988                 bfqd->wait_dispatch = false;
4989                 bfqd->waited_rq = rq;
4990         }
4991
4992         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4993
4994         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4995                 goto return_rq;
4996
4997         /*
4998          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4999          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5000          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5001          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5002          * weight-raised during this service slot, even if it has
5003          * received part or even most of the service as a
5004          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5005          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5006          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5007          */
5008         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5009
5010         /*
5011          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5012          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5013          * service.
5014          */
5015         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
5016                 goto return_rq;
5017
5018         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5019
5020 return_rq:
5021         return rq;
5022 }
5023
5024 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5025 {
5026         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5027
5028         /*
5029          * Avoiding lock: a race on bfqd->queued should cause at
5030          * most a call to dispatch for nothing
5031          */
5032         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5033                 READ_ONCE(bfqd->queued);
5034 }
5035
5036 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5037 {
5038         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5039         struct request *rq = NULL;
5040         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5041
5042         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5043                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5044                                       queuelist);
5045                 list_del_init(&rq->queuelist);
5046
5047                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5048
5049                 if (bfqq) {
5050                         /*
5051                          * Increment counters here, because this
5052                          * dispatch does not follow the standard
5053                          * dispatch flow (where counters are
5054                          * incremented)
5055                          */
5056                         bfqq->dispatched++;
5057
5058                         goto inc_in_driver_start_rq;
5059                 }
5060
5061                 /*
5062                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5063                  * decrement rq_in_driver, but
5064                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5065                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5066                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
5067                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
5068                  * lower than it should be while this request is in
5069                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5070                  * invoked uselessly.
5071                  *
5072                  * As for implementing an exact solution, the
5073                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5074                  * probably invoked also on this request. So, by
5075                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5076                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5077                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5078                  * let the value of the counter be always accurate,
5079                  * but it would entail using an extra interface
5080                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5081                  * being the frequency of non-elevator-private
5082                  * requests very low.
5083                  */
5084                 goto start_rq;
5085         }
5086
5087         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5088                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5089
5090         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5091                 goto exit;
5092
5093         /*
5094          * Force device to serve one request at a time if
5095          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5096          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5097          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5098          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5099          * some unlucky request wait for as long as the device
5100          * wishes.
5101          *
5102          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5103          * throughput.
5104          */
5105         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5106                 goto exit;
5107
5108         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5109         if (!bfqq)
5110                 goto exit;
5111
5112         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5113
5114         if (rq) {
5115 inc_in_driver_start_rq:
5116                 bfqd->rq_in_driver++;
5117 start_rq:
5118                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5119         }
5120 exit:
5121         return rq;
5122 }
5123
5124 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5125 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5126                                       struct request *rq,
5127                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5128                                       bool idle_timer_disabled)
5129 {
5130         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5131
5132         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5133                 return;
5134
5135         /*
5136          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5137          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5138          * dispatched to the device, and then can be completed and
5139          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5140          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5141          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5142          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5143          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5144          *
5145          * In addition, the following queue lock guarantees that
5146          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5147          */
5148         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5149         if (idle_timer_disabled)
5150                 /*
5151                  * Since the idle timer has been disabled,
5152                  * in_serv_queue contained some request when
5153                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5154                  * implies that rq was picked exactly from
5155                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5156                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5157                  * arguments.
5158                  */
5159                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5160         if (bfqq) {
5161                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5162
5163                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5164                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5165                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5166         }
5167         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5168 }
5169 #else
5170 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5171                                              struct request *rq,
5172                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5173                                              bool idle_timer_disabled) {}
5174 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5175
5176 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5177 {
5178         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5179         struct request *rq;
5180         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5181         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5182
5183         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5184
5185         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5186         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5187
5188         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5189         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5190                 idle_timer_disabled =
5191                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5192         }
5193
5194         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5195         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5196                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5197                                 idle_timer_disabled);
5198
5199         return rq;
5200 }
5201
5202 /*
5203  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5204  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5205  *
5206  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5207  * this function on it.
5208  */
5209 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5210 {
5211         struct bfq_queue *item;
5212         struct hlist_node *n;
5213         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5214
5215         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d", bfqq, bfqq->ref);
5216
5217         bfqq->ref--;
5218         if (bfqq->ref)
5219                 return;
5220
5221         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5222                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5223                 /*
5224                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5225                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5226                  * does not contribute to the burst any longer. This
5227                  * decrement helps filter out false positives of large
5228                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5229                  * the execution of commands by some service) happens
5230                  * to start and exit while a complex application is
5231                  * starting, and thus spawning several processes that
5232                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5233                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5234                  *
5235                  * In particular, the decrement is performed only if:
5236                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5237                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5238                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5239                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5240                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5241                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5242                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5243                  * the current burst list--without incrementing
5244                  * bust_size--because of a split, but the current
5245                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5246                  * (see comments on the case of a split in
5247                  * bfq_set_request).
5248                  */
5249                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5250                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5251         }
5252
5253         /*
5254          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5255          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5256          * must be removed from the woken list of its possible waker
5257          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5258          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5259          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5260          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5261          * particular, this happens when the last process associated
5262          * with bfqq exits or gets associated with a different
5263          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5264          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5265          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5266          * way to handle all cases.
5267          */
5268         /* remove bfqq from woken list */
5269         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5270                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5271
5272         /* reset waker for all queues in woken list */
5273         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5274                                   woken_list_node) {
5275                 item->waker_bfqq = NULL;
5276                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5277         }
5278
5279         if (bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5280                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5281
5282         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5283         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5284 }
5285
5286 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5287 {
5288         bfqq->stable_ref--;
5289         bfq_put_queue(bfqq);
5290 }
5291
5292 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5293 {
5294         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5295
5296         /*
5297          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5298          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5299          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5300          */
5301         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5302         while (__bfqq) {
5303                 if (__bfqq == bfqq)
5304                         break;
5305                 next = __bfqq->new_bfqq;
5306                 bfq_put_queue(__bfqq);
5307                 __bfqq = next;
5308         }
5309 }
5310
5311 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5312 {
5313         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5314                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5315                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5316         }
5317
5318         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5319
5320         bfq_put_cooperator(bfqq);
5321
5322         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5323 }
5324
5325 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5326 {
5327         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5328         struct bfq_data *bfqd;
5329
5330         if (bfqq)
5331                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5332
5333         if (bfqq && bfqd) {
5334                 unsigned long flags;
5335
5336                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5337                 bfqq->bic = NULL;
5338                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5339                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5340                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5341         }
5342 }
5343
5344 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5345 {
5346         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5347
5348         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5349                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5350
5351                 /*
5352                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5353                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5354                  */
5355                 if (bfqd) {
5356                         unsigned long flags;
5357
5358                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5359                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5360                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5361                 } else {
5362                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5363                 }
5364         }
5365
5366         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5367         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5368 }
5369
5370 /*
5371  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5372  * be used until the next (re)activation.
5373  */
5374 static void
5375 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5376 {
5377         struct task_struct *tsk = current;
5378         int ioprio_class;
5379         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5380
5381         if (!bfqd)
5382                 return;
5383
5384         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5385         switch (ioprio_class) {
5386         default:
5387                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5388                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5389                         ioprio_class);
5390                 fallthrough;
5391         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5392                 /*
5393                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5394                  */
5395                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5396                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5397                 break;
5398         case IOPRIO_CLASS_RT:
5399                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5400                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5401                 break;
5402         case IOPRIO_CLASS_BE:
5403                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5404                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5405                 break;
5406         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5407                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5408                 bfqq->new_ioprio = 7;
5409                 break;
5410         }
5411
5412         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5413                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5414                         bfqq->new_ioprio);
5415                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5416         }
5417
5418         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5419         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5420                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5421         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5422 }
5423
5424 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5425                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5426                                        struct bfq_io_cq *bic,
5427                                        bool respawn);
5428
5429 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5430 {
5431         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5432         struct bfq_queue *bfqq;
5433         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5434
5435         /*
5436          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5437          * drop the lock before returning.
5438          */
5439         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5440                 return;
5441
5442         bic->ioprio = ioprio;
5443
5444         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5445         if (bfqq) {
5446                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5447                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5448                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5449         }
5450
5451         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5452         if (bfqq)
5453                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5454 }
5455
5456 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5457                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5458 {
5459         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5460
5461         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5462         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5463         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5464         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5465         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5466
5467         bfqq->ref = 0;
5468         bfqq->bfqd = bfqd;
5469
5470         if (bic)
5471                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5472
5473         if (is_sync) {
5474                 /*
5475                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5476                  * idle_class, because no device idling is performed
5477                  * for queues in idle class
5478                  */
5479                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5480                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5481                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5482                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5483                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5484         } else
5485                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5486
5487         /* set end request to minus infinity from now */
5488         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5489
5490         bfqq->creation_time = jiffies;
5491
5492         bfqq->io_start_time = now_ns;
5493
5494         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5495
5496         bfqq->pid = pid;
5497
5498         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5499         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5500         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5501
5502         bfqq->wr_coeff = 1;
5503         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5504         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5505         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5506
5507         /*
5508          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5509          * process/queue in the recent past,
5510          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5511          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5512          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5513          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5514          * no bandwidth so far.
5515          */
5516         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5517
5518         /* first request is almost certainly seeky */
5519         bfqq->seek_history = 1;
5520 }
5521
5522 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5523                                                struct bfq_group *bfqg,
5524                                                int ioprio_class, int ioprio)
5525 {
5526         switch (ioprio_class) {
5527         case IOPRIO_CLASS_RT:
5528                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5529         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5530                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5531                 fallthrough;
5532         case IOPRIO_CLASS_BE:
5533                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5534         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5535                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5536         default:
5537                 return NULL;
5538         }
5539 }
5540
5541 static struct bfq_queue *
5542 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5543                           struct bfq_io_cq *bic,
5544                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5545 {
5546         struct bfq_queue *new_bfqq =
5547                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5548
5549         if (!new_bfqq)
5550                 return bfqq;
5551
5552         if (new_bfqq->bic)
5553                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5554         bic->stably_merged = true;
5555
5556         /*
5557          * Reusing merge functions. This implies that
5558          * bfqq->bic must be set too, for
5559          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5560          * state before killing it.
5561          */
5562         bfqq->bic = bic;
5563         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5564
5565         return new_bfqq;
5566 }
5567
5568 /*
5569  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5570  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5571  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5572  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5573  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5574  * remains temporarily empty.
5575  *
5576  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5577  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5578  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5579  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5580  * basing on the following two facts.
5581  *
5582  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5583  * contribute to the execution/completion of that common application
5584  * or task. So the performance figures that matter are total
5585  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5586  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5587  * of individual bandwidth or latency.
5588  *
5589  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5590  *
5591  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5592  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5593  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5594  * involved processes are.
5595  *
5596  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5597  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5598  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5599  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5600  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5601  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5602  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5603  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5604  *
5605  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5606  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5607  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5608  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5609  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5610  *
5611  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5612  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5613  */
5614 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5615                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5616                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5617 {
5618         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5619                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5620                 &bfqd->last_bfqq_created;
5621
5622         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5623
5624         /*
5625          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5626          * it has been set already, but too long ago, then move it
5627          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5628          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5629          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5630          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5631          * schedule a delayed stable merge.
5632          *
5633          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5634          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5635          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5636          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5637          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5638          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5639          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5640          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5641          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5642          */
5643         if (!last_bfqq_created ||
5644             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5645                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5646                         bfqq->creation_time) ||
5647                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5648                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5649                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5650                 *source_bfqq = bfqq;
5651         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5652                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5653                                  bfqq->creation_time)) {
5654                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5655                         /*
5656                          * With this type of drive, leaving
5657                          * bfqq alone may provide no
5658                          * throughput benefits compared with
5659                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5660                          */
5661                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5662                                                          bic,
5663                                                          last_bfqq_created);
5664                 else { /* schedule tentative stable merge */
5665                         /*
5666                          * get reference on last_bfqq_created,
5667                          * to prevent it from being freed,
5668                          * until we decide whether to merge
5669                          */
5670                         last_bfqq_created->ref++;
5671                         /*
5672                          * need to keep track of stable refs, to
5673                          * compute process refs correctly
5674                          */
5675                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5676                         /*
5677                          * Record the bfqq to merge to.
5678                          */
5679                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5680                 }
5681         }
5682
5683         return bfqq;
5684 }
5685
5686
5687 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5688                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5689                                        struct bfq_io_cq *bic,
5690                                        bool respawn)
5691 {
5692         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5693         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5694         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5695         struct bfq_queue *bfqq;
5696         struct bfq_group *bfqg;
5697
5698         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5699         if (!is_sync) {
5700                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5701                                                   ioprio);
5702                 bfqq = *async_bfqq;
5703                 if (bfqq)
5704                         goto out;
5705         }
5706
5707         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5708                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5709                                      bfqd->queue->node);
5710
5711         if (bfqq) {
5712                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5713                               is_sync);
5714                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5715                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5716         } else {
5717                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5718                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5719                 goto out;
5720         }
5721
5722         /*
5723          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5724          * prune it.
5725          */
5726         if (async_bfqq) {
5727                 bfqq->ref++; /*
5728                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5729                               * queue. This extra reference is removed
5730                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5731                               * guarantee that this queue is not freed
5732                               * until its group goes away.
5733                               */
5734                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5735                              bfqq, bfqq->ref);
5736                 *async_bfqq = bfqq;
5737         }
5738
5739 out:
5740         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5741
5742         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5743                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5744         return bfqq;
5745 }
5746
5747 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5748                                     struct bfq_queue *bfqq)
5749 {
5750         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5751         u64 elapsed;
5752
5753         /*
5754          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5755          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5756          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5757          */
5758         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5759                 return;
5760         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5761         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5762
5763         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5764         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5765         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5766                                      ttime->ttime_samples);
5767 }
5768
5769 static void
5770 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5771                        struct request *rq)
5772 {
5773         bfqq->seek_history <<= 1;
5774         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5775
5776         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5777             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5778             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5779                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5780                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5781                         /*
5782                          * In soft_rt weight raising with the
5783                          * interactive-weight-raising period
5784                          * elapsed (so no switch back to
5785                          * interactive weight raising).
5786                          */
5787                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5788                 } else { /*
5789                           * stopping soft_rt weight raising
5790                           * while still in interactive period,
5791                           * switch back to interactive weight
5792                           * raising
5793                           */
5794                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5795                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5796                 }
5797         }
5798 }
5799
5800 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5801                                        struct bfq_queue *bfqq,
5802                                        struct bfq_io_cq *bic)
5803 {
5804         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5805
5806         /*
5807          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5808          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5809          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5810          */
5811         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5812             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5813                 return;
5814
5815         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5816         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5817                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5818                 return;
5819
5820         /* Think time is infinite if no process is linked to
5821          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5822          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5823          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5824          */
5825         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5826             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5827              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5828                 has_short_ttime = false;
5829
5830         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5831
5832         if (has_short_ttime)
5833                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5834         else
5835                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5836
5837         /*
5838          * Until the base value for the total service time gets
5839          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5840          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5841          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5842          * short or long (details in the comments in
5843          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5844          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5845          * has changed and the above base value is still to be
5846          * computed.
5847          *
5848          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5849          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5850          * (inclusive) if the change is from short to long think
5851          * time. The reason for this waiting is as follows.
5852          *
5853          * bfqq may have a long think time because of a
5854          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5855          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5856          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5857          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5858          *
5859          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5860          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5861          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5862          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5863          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5864          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5865          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5866          * and in a severe loss of total throughput.
5867          *
5868          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5869          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5870          * bfqq to receive new I/O soon.
5871          *
5872          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5873          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5874          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5875          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5876          * would cause the body of the next if to be executed
5877          * immediately. But this would set to 0 the inject
5878          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5879          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5880          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5881          * of such a steady oscillation between the two think-time
5882          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5883          *
5884          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5885          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5886          * think time samples can grow significantly before the reset
5887          * is performed. As a consequence, the think time state can
5888          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5889          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5890          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5891          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5892          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5893          *
5894          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5895          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5896          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5897          * (as explained in the comments in
5898          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5899          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5900          * an effective handling of a synchronization, through
5901          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5902          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5903          * brought forward, because it is not blocked for
5904          * milliseconds.
5905          *
5906          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5907          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5908          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5909          * waker queue is defined in the comments in
5910          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5911          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5912          * of the waker queue unconditionally on every
5913          * bfq_dispatch_request().
5914          *
5915          * One last, important benefit of not resetting the inject
5916          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5917          * base value for the total service time is likely to get
5918          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5919          * its relation with the think time.
5920          */
5921         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5922             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5923                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5924              !has_short_ttime))
5925                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5926 }
5927
5928 /*
5929  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5930  * something we should do about it.
5931  */
5932 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5933                             struct request *rq)
5934 {
5935         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5936                 bfqq->meta_pending++;
5937
5938         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5939
5940         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5941                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5942                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5943                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5944
5945                 /*
5946                  * There is just this request queued: if
5947                  * - the request is small, and
5948                  * - we are idling to boost throughput, and
5949                  * - the queue is not to be expired,
5950                  * then just exit.
5951                  *
5952                  * In this way, if the device is being idled to wait
5953                  * for a new request from the in-service queue, we
5954                  * avoid unplugging the device and committing the
5955                  * device to serve just a small request. In contrast
5956                  * we wait for the block layer to decide when to
5957                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5958                  * merged to this one quickly, then the device will be
5959                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5960                  */
5961                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5962                     !budget_timeout)
5963                         return;
5964
5965                 /*
5966                  * A large enough request arrived, or idling is being
5967                  * performed to preserve service guarantees, or
5968                  * finally the queue is to be expired: in all these
5969                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5970                  * wait_request flag and reset timer.
5971                  */
5972                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5973                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5974
5975                 /*
5976                  * The queue is not empty, because a new request just
5977                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5978                  * case of budget timeout, without risking that the
5979                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5980                  * See [1] for more details.
5981                  */
5982                 if (budget_timeout)
5983                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5984                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5985         }
5986 }
5987
5988 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
5989 {
5990         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
5991
5992         for_each_entity(entity)
5993                 entity->allocated++;
5994 }
5995
5996 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
5997 {
5998         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
5999
6000         for_each_entity(entity)
6001                 entity->allocated--;
6002 }
6003
6004 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6005 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6006 {
6007         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6008                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6009                                                  RQ_BIC(rq));
6010         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6011
6012         if (new_bfqq) {
6013                 /*
6014                  * Release the request's reference to the old bfqq
6015                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6016                  */
6017                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6018                 bfqq_request_freed(bfqq);
6019                 new_bfqq->ref++;
6020                 /*
6021                  * If the bic associated with the process
6022                  * issuing this request still points to bfqq
6023                  * (and thus has not been already redirected
6024                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6025                  * then complete the merge and redirect it to
6026                  * new_bfqq.
6027                  */
6028                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
6029                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6030                                         bfqq, new_bfqq);
6031
6032                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6033                 /*
6034                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6035                  * release rq reference on bfqq
6036                  */
6037                 bfq_put_queue(bfqq);
6038                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6039                 bfqq = new_bfqq;
6040         }
6041
6042         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6043         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6044         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6045
6046         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6047         bfq_add_request(rq);
6048         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6049
6050         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6051         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6052
6053         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6054
6055         return idle_timer_disabled;
6056 }
6057
6058 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6059 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6060                                     struct bfq_queue *bfqq,
6061                                     bool idle_timer_disabled,
6062                                     blk_opf_t cmd_flags)
6063 {
6064         if (!bfqq)
6065                 return;
6066
6067         /*
6068          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6069          * either it is merged with another queue, or the process it
6070          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6071          * the same process currently executing this flow of
6072          * instructions.
6073          *
6074          * In addition, the following queue lock guarantees that
6075          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6076          */
6077         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6078         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6079         if (idle_timer_disabled)
6080                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6081         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6082 }
6083 #else
6084 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6085                                            struct bfq_queue *bfqq,
6086                                            bool idle_timer_disabled,
6087                                            blk_opf_t cmd_flags) {}
6088 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6089
6090 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
6091
6092 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6093                                bool at_head)
6094 {
6095         struct request_queue *q = hctx->queue;
6096         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6097         struct bfq_queue *bfqq;
6098         bool idle_timer_disabled = false;
6099         blk_opf_t cmd_flags;
6100         LIST_HEAD(free);
6101
6102 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6103         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6104                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6105 #endif
6106         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6107         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6108         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6109                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6110                 blk_mq_free_requests(&free);
6111                 return;
6112         }
6113
6114         trace_block_rq_insert(rq);
6115
6116         if (!bfqq || at_head) {
6117                 if (at_head)
6118                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6119                 else
6120                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6121         } else {
6122                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6123                 /*
6124                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6125                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6126                  * redirected into a new queue.
6127                  */
6128                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6129
6130                 if (rq_mergeable(rq)) {
6131                         elv_rqhash_add(q, rq);
6132                         if (!q->last_merge)
6133                                 q->last_merge = rq;
6134                 }
6135         }
6136
6137         /*
6138          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6139          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6140          * merge).
6141          */
6142         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6143         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6144
6145         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6146                                 cmd_flags);
6147 }
6148
6149 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6150                                 struct list_head *list, bool at_head)
6151 {
6152         while (!list_empty(list)) {
6153                 struct request *rq;
6154
6155                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6156                 list_del_init(&rq->queuelist);
6157                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6158         }
6159 }
6160
6161 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6162 {
6163         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6164
6165         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6166                                        bfqd->rq_in_driver);
6167
6168         if (bfqd->hw_tag == 1)
6169                 return;
6170
6171         /*
6172          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6173          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6174          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6175          * requests.
6176          */
6177         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6178                 return;
6179
6180         /*
6181          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6182          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6183          * case
6184          */
6185         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6186             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6187             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6188             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6189                 return;
6190
6191         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6192                 return;
6193
6194         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6195         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6196         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6197
6198         bfqd->nonrot_with_queueing =
6199                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6200 }
6201
6202 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6203 {
6204         u64 now_ns;
6205         u32 delta_us;
6206
6207         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6208
6209         bfqd->rq_in_driver--;
6210         bfqq->dispatched--;
6211
6212         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6213                 /*
6214                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6215                  * time at which the queue remains with no backlog and
6216                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6217                  * mechanism).
6218                  */
6219                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6220
6221                 bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(bfqq);
6222                 bfq_weights_tree_remove(bfqq);
6223         }
6224
6225         now_ns = ktime_get_ns();
6226
6227         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6228
6229         /*
6230          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6231          * computing rate in next check.
6232          */
6233         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6234
6235         /*
6236          * If the request took rather long to complete, and, according
6237          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6238          * implies that the request was certainly served at a very low
6239          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6240          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6241          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6242          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6243          * taken:
6244          * - close the observation interval at the last (previous)
6245          *   request dispatch or completion
6246          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6247          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6248          *   re-initialization of the observation interval on next
6249          *   dispatch
6250          */
6251         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6252            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6253                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6254                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6255         bfqd->last_completion = now_ns;
6256         /*
6257          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6258          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6259          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6260          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6261          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6262          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6263          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6264          */
6265         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6266                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6267         else
6268                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6269
6270         /*
6271          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6272          * of the task associated with the queue is actually
6273          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6274          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6275          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6276          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6277          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6278          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6279          * expires, if it still has in-flight requests.
6280          */
6281         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6282             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6283             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6284                 bfqq->soft_rt_next_start =
6285                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6286
6287         /*
6288          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6289          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6290          */
6291         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6292                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6293                         if (bfqq->dispatched == 0)
6294                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6295                         /*
6296                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6297                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6298                          * more requests (as controlled in the next
6299                          * conditional instructions). The reason for
6300                          * not expiring bfqq is as follows.
6301                          *
6302                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6303                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6304                          * implies that, even if no request arrives
6305                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6306                          * bfqq will, however, not be expired on the
6307                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6308                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6309                          * bfqq will start enjoying device idling
6310                          * (I/O-dispatch plugging).
6311                          *
6312                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6313                          * not have the chance to enjoy device idling
6314                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6315                          * zero. This would expose bfqq to violation
6316                          * of its reserved service guarantees.
6317                          */
6318                         return;
6319                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6320                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6321                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6322                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6323                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6324                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6325                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6326                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6327         }
6328
6329         if (!bfqd->rq_in_driver)
6330                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6331 }
6332
6333 /*
6334  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6335  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6336  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6337  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6338  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6339  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6340  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6341  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6342  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6343  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6344  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6345  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6346  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6347  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6348  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6349  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6350  * of I/O flowing through bfqq.
6351  *
6352  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6353  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6354  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6355  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6356  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6357  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6358  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6359  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6360  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6361  * completed---remains lower than this limit.
6362  *
6363  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6364  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6365  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6366  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6367  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6368  * injection on the service times of only the first requests of
6369  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6370  * requests whose service time is affected most, because they are the
6371  * first to arrive after injection possibly occurred.
6372  *
6373  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6374  * "total service time" of first requests. We define as total service
6375  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6376  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6377  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6378  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6379  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6380  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6381  * part of the injected requests during the service hole, then,
6382  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6383  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6384  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6385  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6386  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6387  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6388  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6389  * requests with and without injection.
6390  *
6391  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6392  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6393  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6394  * case, it updates the limit as described below:
6395  *
6396  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6397  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6398  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6399  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6400  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6401  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6402  *     than the previous value.
6403  *
6404  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6405  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6406  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6407  *     current value of the limit is inflating the total service
6408  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6409  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6410  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6411  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6412  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6413  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6414  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6415  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6416  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6417  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6418  *
6419  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6420  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6421  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6422  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6423  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6424  *     it again without injection. A more effective version of this
6425  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6426  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6427  *     the total service time with the current limit does happen to be
6428  *     too large.
6429  *
6430  * More details on each step are provided in the comments on the
6431  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6432  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6433  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6434  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6435  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6436  */
6437 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6438                                     struct bfq_queue *bfqq)
6439 {
6440         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6441         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6442
6443         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6444                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6445
6446                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6447                         bfqq->inject_limit--;
6448                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6449                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6450                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6451                         bfqq->inject_limit++;
6452         }
6453
6454         /*
6455          * Either we still have to compute the base value for the
6456          * total service time, and there seem to be the right
6457          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6458          * computed.
6459          *
6460          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6461          * request in flight, because this function is in the code
6462          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6463          * in particular, this function is executed before
6464          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6465          */
6466         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6467             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6468                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6469                         /*
6470                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6471                          * start trying injection.
6472                          */
6473                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6474                 }
6475                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6476         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6477                 /*
6478                  * No I/O injected and no request still in service in
6479                  * the drive: these are the exact conditions for
6480                  * computing the base value of the total service time
6481                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6482                  * rather variable. For example, it varies if the size
6483                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6484                  * change.
6485                  */
6486                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6487
6488
6489         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6490         bfqd->waited_rq = NULL;
6491         bfqd->rqs_injected = false;
6492 }
6493
6494 /*
6495  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6496  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6497  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6498  * the scheduler.
6499  */
6500 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6501 {
6502         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6503         struct bfq_data *bfqd;
6504         unsigned long flags;
6505
6506         /*
6507          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6508          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6509          * a bfq_queue.
6510          */
6511         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6512                 return;
6513
6514         bfqd = bfqq->bfqd;
6515
6516         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6517                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6518                                              rq->start_time_ns,
6519                                              rq->io_start_time_ns,
6520                                              rq->cmd_flags);
6521
6522         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6523         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6524                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6525                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6526
6527                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6528         }
6529         bfqq_request_freed(bfqq);
6530         bfq_put_queue(bfqq);
6531         RQ_BIC(rq)->requests--;
6532         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6533
6534         /*
6535          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6536          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6537          * invoked again on this same request (see the check at the
6538          * beginning of the function). Probably, a better general
6539          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6540          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6541          * referred by that elevator.
6542          *
6543          * Resetting the following fields would break the
6544          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6545          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6546          * that re-insertions of requeued requests, without
6547          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6548          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6549          * queues).
6550          */
6551         rq->elv.priv[0] = NULL;
6552         rq->elv.priv[1] = NULL;
6553 }
6554
6555 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6556 {
6557         bfq_finish_requeue_request(rq);
6558
6559         if (rq->elv.icq) {
6560                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6561                 rq->elv.icq = NULL;
6562         }
6563 }
6564
6565 /*
6566  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6567  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6568  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6569  * was the last process referring to that bfqq.
6570  */
6571 static struct bfq_queue *
6572 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6573 {
6574         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6575
6576         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6577                 bfqq->pid = current->pid;
6578                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6579                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6580                 return bfqq;
6581         }
6582
6583         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6584
6585         bfq_put_cooperator(bfqq);
6586
6587         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6588         return NULL;
6589 }
6590
6591 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6592                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6593                                                    struct bio *bio,
6594                                                    bool split, bool is_sync,
6595                                                    bool *new_queue)
6596 {
6597         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6598
6599         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6600                 return bfqq;
6601
6602         if (new_queue)
6603                 *new_queue = true;
6604
6605         if (bfqq)
6606                 bfq_put_queue(bfqq);
6607         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6608
6609         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6610         if (split && is_sync) {
6611                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6612                     bic->saved_in_large_burst)
6613                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6614                 else {
6615                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6616                         if (bic->was_in_burst_list)
6617                                 /*
6618                                  * If bfqq was in the current
6619                                  * burst list before being
6620                                  * merged, then we have to add
6621                                  * it back. And we do not need
6622                                  * to increase burst_size, as
6623                                  * we did not decrement
6624                                  * burst_size when we removed
6625                                  * bfqq from the burst list as
6626                                  * a consequence of a merge
6627                                  * (see comments in
6628                                  * bfq_put_queue). In this
6629                                  * respect, it would be rather
6630                                  * costly to know whether the
6631                                  * current burst list is still
6632                                  * the same burst list from
6633                                  * which bfqq was removed on
6634                                  * the merge. To avoid this
6635                                  * cost, if bfqq was in a
6636                                  * burst list, then we add
6637                                  * bfqq to the current burst
6638                                  * list without any further
6639                                  * check. This can cause
6640                                  * inappropriate insertions,
6641                                  * but rarely enough to not
6642                                  * harm the detection of large
6643                                  * bursts significantly.
6644                                  */
6645                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6646                                                &bfqd->burst_list);
6647                 }
6648                 bfqq->split_time = jiffies;
6649         }
6650
6651         return bfqq;
6652 }
6653
6654 /*
6655  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6656  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6657  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6658  * preparation.
6659  */
6660 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6661 {
6662         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6663
6664         /*
6665          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6666          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6667          * previously allocated bic/bfqq structs.
6668          */
6669         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6670 }
6671
6672 /*
6673  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6674  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6675  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6676  * not associated with any bfq_queue.
6677  *
6678  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6679  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6680  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6681  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6682  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6683  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6684  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6685  * signal this transformation. As a consequence, should these
6686  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6687  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6688  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6689  * incremented some queue counters for an rq destined to
6690  * transformation, without any chance to correctly lower these
6691  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6692  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6693  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6694  */
6695 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6696 {
6697         struct request_queue *q = rq->q;
6698         struct bio *bio = rq->bio;
6699         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6700         struct bfq_io_cq *bic;
6701         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6702         struct bfq_queue *bfqq;
6703         bool new_queue = false;
6704         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6705
6706         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6707                 return NULL;
6708
6709         /*
6710          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6711          * for this rq. This holds true, because this function is
6712          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6713          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6714          * being removed from bfq.
6715          */
6716         if (rq->elv.priv[1])
6717                 return rq->elv.priv[1];
6718
6719         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6720
6721         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6722
6723         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6724
6725         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6726                                          &new_queue);
6727
6728         if (likely(!new_queue)) {
6729                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6730                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6731                         !bic->stably_merged) {
6732                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6733
6734                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6735                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6736                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6737
6738                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6739                         split = true;
6740
6741                         if (!bfqq) {
6742                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6743                                                                  true, is_sync,
6744                                                                  NULL);
6745                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6746                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6747
6748                                 /*
6749                                  * If the waker queue disappears, then
6750                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6751                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6752                                  * woken_list of the waker. See
6753                                  * bfq_check_waker for details.
6754                                  */
6755                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6756                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6757                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6758                         } else
6759                                 bfqq_already_existing = true;
6760                 }
6761         }
6762
6763         bfqq_request_allocated(bfqq);
6764         bfqq->ref++;
6765         bic->requests++;
6766         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6767                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6768
6769         rq->elv.priv[0] = bic;
6770         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6771
6772         /*
6773          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6774          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6775          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6776          * resume its state.
6777          */
6778         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6779                 bfqq->bic = bic;
6780                 if (split) {
6781                         /*
6782                          * The queue has just been split from a shared
6783                          * queue: restore the idle window and the
6784                          * possible weight raising period.
6785                          */
6786                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6787                                               bfqq_already_existing);
6788                 }
6789         }
6790
6791         /*
6792          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6793          * created queues only if:
6794          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6795          * or
6796          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6797          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6798          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6799          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6800          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6801          *    bfq_handle_burst().
6802          *
6803          * This filtering also helps eliminating false positives,
6804          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6805          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6806          * to trigger the creation of new queues very close to when
6807          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6808          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6809          * this issue.
6810          */
6811         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6812                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6813                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6814                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6815
6816         return bfqq;
6817 }
6818
6819 static void
6820 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6821 {
6822         enum bfqq_expiration reason;
6823         unsigned long flags;
6824
6825         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6826
6827         /*
6828          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6829          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6830          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6831          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6832          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6833          */
6834         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6835                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6836                 return;
6837         }
6838
6839         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6840
6841         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6842                 /*
6843                  * Also here the queue can be safely expired
6844                  * for budget timeout without wasting
6845                  * guarantees
6846                  */
6847                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6848         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6849                 /*
6850                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6851                  * because we may not disable the timer when the
6852                  * first request of the in-service queue arrives
6853                  * during disk idling.
6854                  */
6855                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6856         else
6857                 goto schedule_dispatch;
6858
6859         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6860
6861 schedule_dispatch:
6862         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6863         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6864 }
6865
6866 /*
6867  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6868  * is idling inside its time slice.
6869  */
6870 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6871 {
6872         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6873                                              idle_slice_timer);
6874         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6875
6876         /*
6877          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6878          * different from the queue that was idling if a new request
6879          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6880          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6881          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6882          * early.
6883          */
6884         if (bfqq)
6885                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6886
6887         return HRTIMER_NORESTART;
6888 }
6889
6890 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6891                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6892 {
6893         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6894
6895         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6896         if (bfqq) {
6897                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6898
6899                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6900                              bfqq, bfqq->ref);
6901                 bfq_put_queue(bfqq);
6902                 *bfqq_ptr = NULL;
6903         }
6904 }
6905
6906 /*
6907  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6908  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6909  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6910  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6911  */
6912 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6913 {
6914         int i, j;
6915
6916         for (i = 0; i < 2; i++)
6917                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6918                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6919
6920         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6921 }
6922
6923 /*
6924  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6925  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6926  */
6927 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
6928 {
6929         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
6930
6931         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
6932         /*
6933          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6934          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6935          *
6936          * In next formulas, right-shift the value
6937          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6938          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6939          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6940          * limit 'something'.
6941          */
6942         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6943         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
6944         /*
6945          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6946          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6947          * writes)
6948          */
6949         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
6950
6951         /*
6952          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6953          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6954          * highest percentage for which, in our tests, application
6955          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6956          * shortage.
6957          */
6958         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6959         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
6960         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6961         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
6962 }
6963
6964 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6965 {
6966         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6967         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6968
6969         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6970         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
6971 }
6972
6973 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6974 {
6975         bfq_depth_updated(hctx);
6976         return 0;
6977 }
6978
6979 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6980 {
6981         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6982         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6983
6984         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6985
6986         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6987         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6988                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6989         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6990
6991         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6992
6993         /* release oom-queue reference to root group */
6994         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6995
6996 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6997         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6998 #else
6999         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7000         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7001         kfree(bfqd->root_group);
7002         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7003 #endif
7004
7005         blk_stat_disable_accounting(bfqd->queue);
7006         clear_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &e->flags);
7007         wbt_enable_default(bfqd->queue);
7008
7009         kfree(bfqd);
7010 }
7011
7012 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7013                                 struct bfq_data *bfqd)
7014 {
7015         int i;
7016
7017 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7018         root_group->entity.parent = NULL;
7019         root_group->my_entity = NULL;
7020         root_group->bfqd = bfqd;
7021 #endif
7022         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7023         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7024                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7025         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7026 }
7027
7028 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7029 {
7030         struct bfq_data *bfqd;
7031         struct elevator_queue *eq;
7032
7033         eq = elevator_alloc(q, e);
7034         if (!eq)
7035                 return -ENOMEM;
7036
7037         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7038         if (!bfqd) {
7039                 kobject_put(&eq->kobj);
7040                 return -ENOMEM;
7041         }
7042         eq->elevator_data = bfqd;
7043
7044         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7045         q->elevator = eq;
7046         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7047
7048         /*
7049          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7050          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7051          * will not attempt to free it.
7052          */
7053         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
7054         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7055         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7056         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7057         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7058                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7059
7060         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7061         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7062
7063         /*
7064          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7065          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7066          * class won't be changed any more.
7067          */
7068         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7069
7070         bfqd->queue = q;
7071
7072         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7073
7074         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7075                      HRTIMER_MODE_REL);
7076         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7077
7078         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7079         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7080
7081         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7082         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7083         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7084
7085         bfqd->hw_tag = -1;
7086         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7087
7088         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7089
7090         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7091         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7092         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7093         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7094         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7095         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7096
7097         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7098         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7099
7100         bfqd->low_latency = true;
7101
7102         /*
7103          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7104          */
7105         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7106         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7107         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7108         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7109         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7110         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7111                                               * Approximate rate required
7112                                               * to playback or record a
7113                                               * high-definition compressed
7114                                               * video.
7115                                               */
7116         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7117
7118         /*
7119          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7120          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7121          */
7122         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7123                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7124         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7125
7126         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7127
7128         /*
7129          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7130          * function is the head of a chain of function calls
7131          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7132          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7133          * has_work hook function. For this reason,
7134          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7135          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7136          * that can be initialized only after invoking
7137          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7138          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7139          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7140          * from invoking further scheduler hooks before this init
7141          * function is finished.
7142          */
7143         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7144         if (!bfqd->root_group)
7145                 goto out_free;
7146         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7147         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7148
7149         /* We dispatch from request queue wide instead of hw queue */
7150         blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_SQ_SCHED, q);
7151
7152         set_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &eq->flags);
7153         wbt_disable_default(q);
7154         blk_stat_enable_accounting(q);
7155
7156         return 0;
7157
7158 out_free:
7159         kfree(bfqd);
7160         kobject_put(&eq->kobj);
7161         return -ENOMEM;
7162 }
7163
7164 static void bfq_slab_kill(void)
7165 {
7166         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7167 }
7168
7169 static int __init bfq_slab_setup(void)
7170 {
7171         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7172         if (!bfq_pool)
7173                 return -ENOMEM;
7174         return 0;
7175 }
7176
7177 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7178 {
7179         return sprintf(page, "%u\n", var);
7180 }
7181
7182 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7183 {
7184         unsigned long new_val;
7185         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7186
7187         if (ret)
7188                 return ret;
7189         *var = new_val;
7190         return 0;
7191 }
7192
7193 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7194 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7195 {                                                                       \
7196         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7197         u64 __data = __VAR;                                             \
7198         if (__CONV == 1)                                                \
7199                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7200         else if (__CONV == 2)                                           \
7201                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7202         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7203 }
7204 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7205 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7206 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7207 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7208 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7209 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7210 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7211 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7212 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7213 #undef SHOW_FUNCTION
7214
7215 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7216 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7217 {                                                                       \
7218         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7219         u64 __data = __VAR;                                             \
7220         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7221         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7222 }
7223 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7224 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7225
7226 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7227 static ssize_t                                                          \
7228 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7229 {                                                                       \
7230         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7231         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7232         int ret;                                                        \
7233                                                                         \
7234         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7235         if (ret)                                                        \
7236                 return ret;                                             \
7237         if (__data < __min)                                             \
7238                 __data = __min;                                         \
7239         else if (__data > __max)                                        \
7240                 __data = __max;                                         \
7241         if (__CONV == 1)                                                \
7242                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7243         else if (__CONV == 2)                                           \
7244                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7245         else                                                            \
7246                 *(__PTR) = __data;                                      \
7247         return count;                                                   \
7248 }
7249 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7250                 INT_MAX, 2);
7251 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7252                 INT_MAX, 2);
7253 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7254 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7255                 INT_MAX, 0);
7256 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7257 #undef STORE_FUNCTION
7258
7259 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7260 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7261 {                                                                       \
7262         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7263         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7264         int ret;                                                        \
7265                                                                         \
7266         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7267         if (ret)                                                        \
7268                 return ret;                                             \
7269         if (__data < __min)                                             \
7270                 __data = __min;                                         \
7271         else if (__data > __max)                                        \
7272                 __data = __max;                                         \
7273         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7274         return count;                                                   \
7275 }
7276 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7277                     UINT_MAX);
7278 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7279
7280 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7281                                     const char *page, size_t count)
7282 {
7283         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7284         unsigned long __data;
7285         int ret;
7286
7287         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7288         if (ret)
7289                 return ret;
7290
7291         if (__data == 0)
7292                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7293         else {
7294                 if (__data > INT_MAX)
7295                         __data = INT_MAX;
7296                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7297         }
7298
7299         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7300
7301         return count;
7302 }
7303
7304 /*
7305  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7306  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7307  */
7308 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7309                                       const char *page, size_t count)
7310 {
7311         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7312         unsigned long __data;
7313         int ret;
7314
7315         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7316         if (ret)
7317                 return ret;
7318
7319         if (__data < 1)
7320                 __data = 1;
7321         else if (__data > INT_MAX)
7322                 __data = INT_MAX;
7323
7324         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7325         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7326                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7327
7328         return count;
7329 }
7330
7331 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7332                                      const char *page, size_t count)
7333 {
7334         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7335         unsigned long __data;
7336         int ret;
7337
7338         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7339         if (ret)
7340                 return ret;
7341
7342         if (__data > 1)
7343                 __data = 1;
7344         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7345             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7346                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7347
7348         bfqd->strict_guarantees = __data;
7349
7350         return count;
7351 }
7352
7353 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7354                                      const char *page, size_t count)
7355 {
7356         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7357         unsigned long __data;
7358         int ret;
7359
7360         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7361         if (ret)
7362                 return ret;
7363
7364         if (__data > 1)
7365                 __data = 1;
7366         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7367                 bfq_end_wr(bfqd);
7368         bfqd->low_latency = __data;
7369
7370         return count;
7371 }
7372
7373 #define BFQ_ATTR(name) \
7374         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7375
7376 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7377         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7378         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7379         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7380         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7381         BFQ_ATTR(slice_idle),
7382         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7383         BFQ_ATTR(max_budget),
7384         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7385         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7386         BFQ_ATTR(low_latency),
7387         __ATTR_NULL
7388 };
7389
7390 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7391         .ops = {
7392                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7393                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7394                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7395                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7396                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7397                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7398                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7399                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7400                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7401                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7402                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7403                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7404                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7405                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7406                 .has_work               = bfq_has_work,
7407                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7408                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7409                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7410                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7411         },
7412
7413         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7414         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7415         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7416         .elevator_name =        "bfq",
7417         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7418 };
7419 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7420
7421 static int __init bfq_init(void)
7422 {
7423         int ret;
7424
7425 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7426         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7427         if (ret)
7428                 return ret;
7429 #endif
7430
7431         ret = -ENOMEM;
7432         if (bfq_slab_setup())
7433                 goto err_pol_unreg;
7434
7435         /*
7436          * Times to load large popular applications for the typical
7437          * systems installed on the reference devices (see the
7438          * comments before the definition of the next
7439          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7440          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7441          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7442          * are computed over much shorter time intervals than the long
7443          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7444          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7445          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7446          * be run for a long time.
7447          */
7448         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7449         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7450
7451         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7452         if (ret)
7453                 goto slab_kill;
7454
7455         return 0;
7456
7457 slab_kill:
7458         bfq_slab_kill();
7459 err_pol_unreg:
7460 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7461         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7462 #endif
7463         return ret;
7464 }
7465
7466 static void __exit bfq_exit(void)
7467 {
7468         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7469 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7470         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7471 #endif
7472         bfq_slab_kill();
7473 }
7474
7475 module_init(bfq_init);
7476 module_exit(bfq_exit);
7477
7478 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7479 MODULE_LICENSE("GPL");
7480 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");