block, bfq: do not idle if only one group is activated
[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_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
874                           struct rb_root_cached *root)
875 {
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_data *bfqd,
948                                struct bfq_queue *bfqq,
949                                struct rb_root_cached *root)
950 {
951         if (!bfqq->weight_counter)
952                 return;
953
954         bfqq->weight_counter->num_active--;
955         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
956                 goto reset_entity_pointer;
957
958         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
959         kfree(bfqq->weight_counter);
960
961 reset_entity_pointer:
962         bfqq->weight_counter = NULL;
963         bfq_put_queue(bfqq);
964 }
965
966 /*
967  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
968  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
969  */
970 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
971                              struct bfq_queue *bfqq)
972 {
973         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
974                                   &bfqd->queue_weights_tree);
975 }
976
977 /*
978  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
979  */
980 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
981                                       struct request *last)
982 {
983         struct request *rq;
984
985         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
986                 return NULL;
987
988         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
989
990         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
991
992         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
993                 return NULL;
994
995         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
996         return rq;
997 }
998
999 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1000                                         struct bfq_queue *bfqq,
1001                                         struct request *last)
1002 {
1003         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1004         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1005         struct request *next, *prev = NULL;
1006
1007         /* Follow expired path, else get first next available. */
1008         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1009         if (next)
1010                 return next;
1011
1012         if (rbprev)
1013                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1014
1015         if (rbnext)
1016                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1017         else {
1018                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1019                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1020                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1021         }
1022
1023         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1024 }
1025
1026 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1027 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1028                                         struct bfq_queue *bfqq)
1029 {
1030         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1031             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1032                 return blk_rq_sectors(rq);
1033
1034         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1035 }
1036
1037 /**
1038  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1039  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1040  * @bfqq: the queue to update.
1041  *
1042  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1043  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1044  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1045  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1046  * rounds to actually get it dispatched.
1047  */
1048 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1049                                  struct bfq_queue *bfqq)
1050 {
1051         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1052         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1053         unsigned long new_budget;
1054
1055         if (!next_rq)
1056                 return;
1057
1058         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1059                 /*
1060                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1061                  * changed after an entity has been selected.
1062                  */
1063                 return;
1064
1065         new_budget = max_t(unsigned long,
1066                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1067                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1068                            entity->service);
1069         if (entity->budget != new_budget) {
1070                 entity->budget = new_budget;
1071                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1072                                          new_budget);
1073                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1074         }
1075 }
1076
1077 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1078 {
1079         u64 dur;
1080
1081         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1082                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1083
1084         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1085         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1086
1087         /*
1088          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1089          * has been conservatively set after the following worst case:
1090          * on a QEMU/KVM virtual machine
1091          * - running in a slow PC
1092          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1093          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1094          *   of several files
1095          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1096          *
1097          * As for higher values than that accommodating the above bad
1098          * scenario, tests show that higher values would often yield
1099          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1100          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1101          * preserve weight raising for too long.
1102          *
1103          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1104          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1105          * before weight-raising finishes.
1106          */
1107         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1108 }
1109
1110 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1111 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1112                                           struct bfq_data *bfqd)
1113 {
1114         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1115         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1116         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1117 }
1118
1119 static void
1120 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1121                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1122 {
1123         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1124         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1125
1126         if (bic->saved_has_short_ttime)
1127                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1128         else
1129                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1130
1131         if (bic->saved_IO_bound)
1132                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1133         else
1134                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1135
1136         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1137         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1138         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1139
1140         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1141         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1142         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1143         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1144         /*
1145          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1146          */
1147         if (bfqd->low_latency) {
1148                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1149                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1150         }
1151         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1152         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1153         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1154         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1155
1156         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1157             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1158                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1159                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1160                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1161                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1162                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1163                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1164                 } else {
1165                         bfqq->wr_coeff = 1;
1166                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1167                                      "resume state: switching off wr");
1168                 }
1169         }
1170
1171         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1172         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1173
1174         if (likely(!busy))
1175                 return;
1176
1177         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1178                 bfqd->wr_busy_queues++;
1179         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1180                 bfqd->wr_busy_queues--;
1181 }
1182
1183 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1184 {
1185         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1186                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1187                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1188 }
1189
1190 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1191 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1192 {
1193         struct bfq_queue *item;
1194         struct hlist_node *n;
1195
1196         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1197                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1198
1199         /*
1200          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1201          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1202          * bfq_handle_burst().
1203          */
1204         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1205                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1206                 bfqd->burst_size = 1;
1207         } else
1208                 bfqd->burst_size = 0;
1209
1210         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1211 }
1212
1213 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1214 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1215 {
1216         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1217         bfqd->burst_size++;
1218
1219         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1220                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1221                 struct hlist_node *n;
1222
1223                 /*
1224                  * Enough queues have been activated shortly after each
1225                  * other to consider this burst as large.
1226                  */
1227                 bfqd->large_burst = true;
1228
1229                 /*
1230                  * We can now mark all queues in the burst list as
1231                  * belonging to a large burst.
1232                  */
1233                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1234                                      burst_list_node)
1235                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1236                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1237
1238                 /*
1239                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1240                  * new queue being activated shortly after the last queue
1241                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1242                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1243                  * needed any more. Remove it.
1244                  */
1245                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1246                                           burst_list_node)
1247                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1248         } else /*
1249                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1250                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1251                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1252                 * in put_queue.
1253                 */
1254                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1255 }
1256
1257 /*
1258  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1259  * shortly after each other, then the processes associated with these
1260  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1261  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1262  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1263  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1264  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1265  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1266  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1267  *
1268  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1269  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1270  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1271  * treated in a different way.
1272  *
1273  * The above services or applications benefit mostly from a high
1274  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1275  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1276  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1277  * which also implies idling the device for it, is almost always
1278  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1279  * these new queues from. If there no other active queues, then
1280  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1281  * cases.
1282  *
1283  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1284  * the start of an application that does not consist of a lot of
1285  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1286  * several short processes may need to be executed to start-up the
1287  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1288  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1289  * related to the application with respect to all other
1290  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1291  * an application that causes a burst of queue creations is to
1292  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1293  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1294  *
1295  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1296  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1297  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1298  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1299  * larger size than that threshold are apparently caused by
1300  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1301  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1302  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1303  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1304  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1305  * exact choice depends on the device and request pattern at
1306  * hand.
1307  *
1308  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1309  * is starting (e.g., an application is being started). The
1310  * consequence is that the queues associated with the task do not
1311  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1312  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1313  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1314  *
1315  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1316  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1317  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1318  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1319  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1320  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1321  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1322  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1323  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1324  * large. The main steps are the following.
1325  *
1326  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1327  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1328  *
1329  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1330  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1331  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1332  *   Q to the burst list
1333  *
1334  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1335  *   the large-burst threshold, then
1336  *
1337  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1338  *       large burst
1339  *
1340  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1341  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1342  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1343  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1344  *
1345  *     . the device enters a large-burst mode
1346  *
1347  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1348  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1349  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1350  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1351  *   as belonging to a large burst.
1352  *
1353  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1354  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1355  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1356  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1357  *
1358  *        . the large-burst mode is reset if set
1359  *
1360  *        . the burst list is emptied
1361  *
1362  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1363  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1364  *          after this step).
1365  */
1366 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1367 {
1368         /*
1369          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1370          * burst, or finally has just been split, then there is
1371          * nothing else to do.
1372          */
1373         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1374             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1375             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1376                                      msecs_to_jiffies(10)))
1377                 return;
1378
1379         /*
1380          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1381          * a different group than the burst group, then the current
1382          * burst is finished, and related data structures must be
1383          * reset.
1384          *
1385          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1386          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1387          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1388          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1389          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1390          * following condition is true, bfqq will end up being
1391          * inserted into the burst list. In particular the list will
1392          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1393          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1394          * burst.
1395          */
1396         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1397             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1398             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1399                 bfqd->large_burst = false;
1400                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1401                 goto end;
1402         }
1403
1404         /*
1405          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1406          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1407          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1408          */
1409         if (bfqd->large_burst) {
1410                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1411                 goto end;
1412         }
1413
1414         /*
1415          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1416          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1417          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1418          */
1419         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1420 end:
1421         /*
1422          * At this point, bfqq either has been added to the current
1423          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1424          * possible new burst to start. In particular, in the second
1425          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1426          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1427          * forward.
1428          */
1429         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1430 }
1431
1432 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1433 {
1434         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1435
1436         return entity->budget - entity->service;
1437 }
1438
1439 /*
1440  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1441  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1442  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1443  */
1444 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1445 {
1446         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1447                 return bfq_default_max_budget;
1448         else
1449                 return bfqd->bfq_max_budget;
1450 }
1451
1452 /*
1453  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1454  * max budget (trying with 1/32)
1455  */
1456 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1457 {
1458         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1459                 return bfq_default_max_budget / 32;
1460         else
1461                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1462 }
1463
1464 /*
1465  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1466  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1467  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1468  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1469  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1470  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1471  * goals below.
1472  *
1473  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1474  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1475  * expired for one of the following two reasons:
1476  *
1477  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1478  *   and did not make it to issue a new request before its last
1479  *   request was served;
1480  *
1481  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1482  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1483  *
1484  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1485  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1486  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1487  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1488  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1489  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1490  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1491  * one full budget of another queue before being served again, then
1492  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1493  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1494  * to be taken.
1495  *
1496  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1497  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1498  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1499  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1500  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1501  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1502  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1503  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1504  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1505  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1506  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1507  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1508  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1509  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1510  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1511  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1512  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1513  * on this tricky aspect).
1514  *
1515  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1516  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1517  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1518  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1519  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1520  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1521  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1522  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1523  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1524  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1525  * causing a little loss of bandwidth.
1526  *
1527  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1528  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1529  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1530  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1531  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1532  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1533  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1534  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1535  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1536  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1537  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1538  * __bfq_activate_entity.
1539  *
1540  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1541  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1542  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1543  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1544  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1545  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1546  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1547  * outstanding requests mentioned above.
1548  *
1549  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1550  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1551  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1552  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1553  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1554  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1555  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1556  * know whether preemption is needed without needing to update service
1557  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1558  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1559  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1560  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1561  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1562  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1563  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1564  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1565  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1566  * responsibility of handling the above case 2.
1567  */
1568 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1569                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1570                                                 bool arrived_in_time)
1571 {
1572         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1573
1574         /*
1575          * In the next compound condition, we check also whether there
1576          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1577          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1578          * would be expired immediately after being selected for
1579          * service. This would only cause useless overhead.
1580          */
1581         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1582             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1583                 /*
1584                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1585                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1586                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1587                  * cleared right after).
1588                  */
1589
1590                 /*
1591                  * In next assignment we rely on that either
1592                  * entity->service or entity->budget are not updated
1593                  * on expiration if bfqq is empty (see
1594                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1595                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1596                  * following statement therefore assigns to
1597                  * entity->budget the remaining budget on such an
1598                  * expiration.
1599                  */
1600                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1601                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1602                                        bfqq->max_budget);
1603
1604                 /*
1605                  * At this point, we have used entity->service to get
1606                  * the budget left (needed for updating
1607                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1608                  * reset entity->service. The latter must be reset
1609                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1610                  * the service it has received during its previous
1611                  * service slot(s).
1612                  */
1613                 entity->service = 0;
1614
1615                 return true;
1616         }
1617
1618         /*
1619          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1620          */
1621         entity->service = 0;
1622         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1623                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1624         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1625         return false;
1626 }
1627
1628 /*
1629  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1630  * macros.
1631  */
1632 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1633 {
1634         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1635 }
1636
1637 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1638                                              struct bfq_queue *bfqq,
1639                                              unsigned int old_wr_coeff,
1640                                              bool wr_or_deserves_wr,
1641                                              bool interactive,
1642                                              bool in_burst,
1643                                              bool soft_rt)
1644 {
1645         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1646                 /* start a weight-raising period */
1647                 if (interactive) {
1648                         bfqq->service_from_wr = 0;
1649                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1650                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1651                 } else {
1652                         /*
1653                          * No interactive weight raising in progress
1654                          * here: assign minus infinity to
1655                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1656                          * that, at the end of the soft-real-time
1657                          * weight raising periods that is starting
1658                          * now, no interactive weight-raising period
1659                          * may be wrongly considered as still in
1660                          * progress (and thus actually started by
1661                          * mistake).
1662                          */
1663                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1664                                 bfq_smallest_from_now();
1665                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1666                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1667                         bfqq->wr_cur_max_time =
1668                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1669                 }
1670
1671                 /*
1672                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1673                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1674                  * scheduling-error component due to a too large
1675                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1676                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1677                  * too small budget either, to avoid increasing
1678                  * latency by causing too frequent expirations.
1679                  */
1680                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1681                                             bfqq->entity.budget,
1682                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1683         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1684                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1685                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1686                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1687                 } else if (in_burst)
1688                         bfqq->wr_coeff = 1;
1689                 else if (soft_rt) {
1690                         /*
1691                          * The application is now or still meeting the
1692                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1693                          * can then correctly and safely (re)charge
1694                          * the weight-raising duration for the
1695                          * application with the weight-raising
1696                          * duration for soft rt applications.
1697                          *
1698                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1699                          * before the weight-raising period for the
1700                          * application finishes, reduces the probability
1701                          * of the following negative scenario:
1702                          * 1) the weight of a soft rt application is
1703                          *    raised at startup (as for any newly
1704                          *    created application),
1705                          * 2) since the application is not interactive,
1706                          *    at a certain time weight-raising is
1707                          *    stopped for the application,
1708                          * 3) at that time the application happens to
1709                          *    still have pending requests, and hence
1710                          *    is destined to not have a chance to be
1711                          *    deemed soft rt before these requests are
1712                          *    completed (see the comments to the
1713                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1714                          *    for details on soft rt detection),
1715                          * 4) these pending requests experience a high
1716                          *    latency because the application is not
1717                          *    weight-raised while they are pending.
1718                          */
1719                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1720                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1721                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1722                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1723
1724                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1725                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1726                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1727                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1728                         }
1729                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1730                 }
1731         }
1732 }
1733
1734 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1735                                         struct bfq_queue *bfqq)
1736 {
1737         return bfqq->dispatched == 0 &&
1738                 time_is_before_jiffies(
1739                         bfqq->budget_timeout +
1740                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1741 }
1742
1743
1744 /*
1745  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1746  * weight than the in-service queue.
1747  */
1748 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1749                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1750 {
1751         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1752
1753         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1754                 return true;
1755
1756         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1757                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1758                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1759         } else {
1760                 if (bfqq->entity.parent)
1761                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1762                 else
1763                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1764                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1765                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1766                 else
1767                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1768         }
1769
1770         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1771 }
1772
1773 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1774
1775 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1776                                              struct bfq_queue *bfqq,
1777                                              int old_wr_coeff,
1778                                              struct request *rq,
1779                                              bool *interactive)
1780 {
1781         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1782                 bfqq_wants_to_preempt,
1783                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1784                 /*
1785                  * See the comments on
1786                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1787                  * details on the usage of the next variable.
1788                  */
1789                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1790                         bfqq->ttime.last_end_request +
1791                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1792
1793
1794         /*
1795          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1796          * - it is sync,
1797          * - it does not belong to a large burst,
1798          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1799          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1800          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1801          *   to control its weight explicitly)
1802          */
1803         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1804         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1805                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1806                 !in_burst &&
1807                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1808                 bfqq->dispatched == 0 &&
1809                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1810         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1811                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1812         /*
1813          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1814          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1815          * are usually created for non-interactive and
1816          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1817          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1818          * they are created shortly after each other. So they may
1819          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1820          * application, if the application happens to spawn multiple
1821          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1822          * raising.
1823          */
1824         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1825                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1826                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1827                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1828                    (*interactive || soft_rt)));
1829
1830         /*
1831          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1832          * may want to preempt the in-service queue.
1833          */
1834         bfqq_wants_to_preempt =
1835                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1836                                                     arrived_in_time);
1837
1838         /*
1839          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1840          * idle for much more than an interactive queue, then we
1841          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1842          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1843          * to be treated as a queue belonging to a burst
1844          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1845          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1846          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1847          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1848          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1849          * a burst.
1850          */
1851         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1852             idle_for_long_time &&
1853             time_is_before_jiffies(
1854                     bfqq->budget_timeout +
1855                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1856                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1857                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1858         }
1859
1860         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1861
1862         if (bfqd->low_latency) {
1863                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1864                         /* wraparound */
1865                         bfqq->split_time =
1866                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1867
1868                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1869                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1870                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1871                                                          old_wr_coeff,
1872                                                          wr_or_deserves_wr,
1873                                                          *interactive,
1874                                                          in_burst,
1875                                                          soft_rt);
1876
1877                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1878                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1879                 }
1880         }
1881
1882         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1883         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1884         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1885
1886         bfq_add_bfqq_busy(bfqq);
1887
1888         /*
1889          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1890          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1891          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1892          * recover a service hole, as explained in the comments on
1893          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1894          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1895          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1896          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1897          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1898          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1899          * critical, as the in-service queue.
1900          *
1901          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1902          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1903          * condition does not hold, we don't care because, even if
1904          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1905          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1906          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1907          *
1908          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1909          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1910          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1911          * useless preemptions, the return value of
1912          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1913          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1914          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1915          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1916          * timestamps of the in-service queue would need to be
1917          * updated, and this operation is quite costly (see the
1918          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1919          *
1920          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1921          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1922          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1923          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1924          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1925          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1926          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1927          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1928          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1929          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1930          */
1931         if (bfqd->in_service_queue &&
1932             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1933               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1934              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1935              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1936             next_queue_may_preempt(bfqd))
1937                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1938                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1939 }
1940
1941 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1942                                    struct bfq_queue *bfqq)
1943 {
1944         /* invalidate baseline total service time */
1945         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1946
1947         /*
1948          * Reset pointer in case we are waiting for
1949          * some request completion.
1950          */
1951         bfqd->waited_rq = NULL;
1952
1953         /*
1954          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1955          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1956          * an injected I/O request may be higher than the think time
1957          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1958          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1959          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1960          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1961          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1962          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1963          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1964          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1965          * expired. This is the very pattern that gives the
1966          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1967          * injection on request service times, and then to update the
1968          * limit accordingly.
1969          *
1970          * However, in the following special case, the inject limit is
1971          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1972          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1973          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1974          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1975          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1976          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1977          * throughput, as explained in detail in the comments in
1978          * bfq_update_has_short_ttime().
1979          *
1980          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1981          * start directly by 1, because:
1982          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1983          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1984          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1985          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1986          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1987          * expire before getting its next request. With this request
1988          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1989          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1990          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1991          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1992          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1993          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1994          * further reduces chances to actually compute the baseline
1995          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1996          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1997          * than 1.
1998          */
1999         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2000                 bfqq->inject_limit = 0;
2001         else
2002                 bfqq->inject_limit = 1;
2003
2004         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2005 }
2006
2007 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2008 {
2009         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2010
2011         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2012                 bfqq->tot_idle_time +=
2013                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2014
2015         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2016                 return;
2017
2018         /*
2019          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2020          * considered I/O bound.
2021          */
2022         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2023                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2024         else
2025                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2026
2027         /*
2028          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2029          * from now.
2030          */
2031         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2032                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2033                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2034         }
2035 }
2036
2037 /*
2038  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2039  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2040  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2041  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2042  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2043  * queue.
2044  *
2045  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2046  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2047  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2048  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2049  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2050  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2051  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2052  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2053  * in bfq_select_queue().
2054  *
2055  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2056  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2057  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2058  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2059  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2060  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2061  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2062  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2063  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2064  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2065  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2066  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2067  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2068  * positives less likely.
2069  *
2070  * NOTE
2071  *
2072  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2073  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2074  * detection is likely to be actually fast, for the following
2075  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2076  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2077  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2078  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2079  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2080  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2081  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2082  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2083  *
2084  * ISSUE
2085  *
2086  * On queue merging all waker information is lost.
2087  */
2088 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2089                             u64 now_ns)
2090 {
2091         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2092
2093         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2094             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2095             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2096             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC)
2097                 return;
2098
2099         /*
2100          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2101          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2102          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2103          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases. 
2104          */
2105         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2106             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2107             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2108                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2109                 /*
2110                  * First synchronization detected with a
2111                  * candidate waker queue, or with a different
2112                  * candidate waker queue from the current one.
2113                  */
2114                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2115                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2116                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2117                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2118                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2119                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2120                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2121         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2122                 bfqq->num_waker_detections++;
2123
2124         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2125                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2126                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2127                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2128                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2129                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2130
2131                 /*
2132                  * If the waker queue disappears, then
2133                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2134                  * this goal, we maintain in each
2135                  * waker queue a list, woken_list, of
2136                  * all the queues that reference the
2137                  * waker queue through their
2138                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2139                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2140                  * of all the queues in the woken_list
2141                  * is reset.
2142                  *
2143                  * In addition, if bfqq is already in
2144                  * the woken_list of a waker queue,
2145                  * then, before being inserted into
2146                  * the woken_list of a new waker
2147                  * queue, bfqq must be removed from
2148                  * the woken_list of the old waker
2149                  * queue.
2150                  */
2151                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2152                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2153                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2154                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2155         }
2156 }
2157
2158 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2159 {
2160         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2161         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2162         struct request *next_rq, *prev;
2163         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2164         bool interactive = false;
2165         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2166
2167         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2168         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2169         /*
2170          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2171          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2172          */
2173         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued + 1);
2174
2175         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && RQ_BIC(rq)->requests <= 1) {
2176                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2177
2178                 /*
2179                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2180                  * the latter eventually drops in case workload
2181                  * changes, see step (3) in the comments on
2182                  * bfq_update_inject_limit().
2183                  */
2184                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2185                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2186                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2187
2188                 /*
2189                  * The following conditions must hold to setup a new
2190                  * sampling of total service time, and then a new
2191                  * update of the inject limit:
2192                  * - bfqq is in service, because the total service
2193                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2194                  *   the queues in service;
2195                  * - this is the right occasion to compute or to
2196                  *   lower the baseline total service time, because
2197                  *   there are actually no requests in the drive,
2198                  *   or
2199                  *   the baseline total service time is available, and
2200                  *   this is the right occasion to compute the other
2201                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2202                  *   the total service time caused by the amount of
2203                  *   injection allowed by the current value of the
2204                  *   limit. It is the right occasion because injection
2205                  *   has actually been performed during the service
2206                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2207                  *   which are very likely to be exactly the injected
2208                  *   requests, or part of them;
2209                  * - the minimum interval for sampling the total
2210                  *   service time and updating the inject limit has
2211                  *   elapsed.
2212                  */
2213                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2214                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2215                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2216                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2217                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2218                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2219                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2220                         /*
2221                          * Start the state machine for measuring the
2222                          * total service time of rq: setting
2223                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2224                          * be set when rq will be dispatched.
2225                          */
2226                         bfqd->wait_dispatch = true;
2227                         /*
2228                          * If there is no I/O in service in the drive,
2229                          * then possible injection occurred before the
2230                          * arrival of rq will not affect the total
2231                          * service time of rq. So the injection limit
2232                          * must not be updated as a function of such
2233                          * total service time, unless new injection
2234                          * occurs before rq is completed. To have the
2235                          * injection limit updated only in the latter
2236                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2237                          * will be set in case injection is performed
2238                          * on bfqq before rq is completed).
2239                          */
2240                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2241                                 bfqd->rqs_injected = false;
2242                 }
2243         }
2244
2245         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2246                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2247
2248         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2249
2250         /*
2251          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2252          */
2253         prev = bfqq->next_rq;
2254         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2255         bfqq->next_rq = next_rq;
2256
2257         /*
2258          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2259          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2260          */
2261         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2262                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2263
2264         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2265                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2266                                                  rq, &interactive);
2267         else {
2268                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2269                     time_is_before_jiffies(
2270                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2271                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2272                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2273                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2274
2275                         bfqd->wr_busy_queues++;
2276                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2277                 }
2278                 if (prev != bfqq->next_rq)
2279                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2280         }
2281
2282         /*
2283          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2284          * cases:
2285          *
2286          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2287          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2288          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2289          *   of information is used only for deciding whether to
2290          *   weight-raise async queues
2291          *
2292          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2293          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2294          *   stores the time when weight-raising starts
2295          *
2296          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2297          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2298          *   period must start or restart (this case is considered
2299          *   separately because it is not detected by the above
2300          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2301          *
2302          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2303          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2304          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2305          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2306          * needed.
2307          */
2308         if (bfqd->low_latency &&
2309                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2310                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2311 }
2312
2313 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2314                                           struct bio *bio,
2315                                           struct request_queue *q)
2316 {
2317         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2318
2319
2320         if (bfqq)
2321                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2322
2323         return NULL;
2324 }
2325
2326 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2327 {
2328         if (last_pos)
2329                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2330
2331         return 0;
2332 }
2333
2334 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2335 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2336 {
2337         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2338
2339         bfqd->rq_in_driver++;
2340 }
2341
2342 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2343 {
2344         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2345
2346         bfqd->rq_in_driver--;
2347 }
2348 #endif
2349
2350 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2351                                struct request *rq)
2352 {
2353         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2354         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2355         const int sync = rq_is_sync(rq);
2356
2357         if (bfqq->next_rq == rq) {
2358                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2359                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2360         }
2361
2362         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2363                 list_del_init(&rq->queuelist);
2364         bfqq->queued[sync]--;
2365         /*
2366          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2367          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2368          */
2369         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued - 1);
2370         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2371
2372         elv_rqhash_del(q, rq);
2373         if (q->last_merge == rq)
2374                 q->last_merge = NULL;
2375
2376         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2377                 bfqq->next_rq = NULL;
2378
2379                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2380                         bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
2381                         /*
2382                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2383                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2384                          * bfqq->entity.budget must contain,
2385                          * respectively, the service received and the
2386                          * budget used last time bfqq emptied. These
2387                          * facts do not hold in this case, as at least
2388                          * this last removal occurred while bfqq is
2389                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2390                          * reset both bfqq->entity.service and
2391                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2392                          * process that may issue I/O requests to it.
2393                          */
2394                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2395                 }
2396
2397                 /*
2398                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2399                  */
2400                 if (bfqq->pos_root) {
2401                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2402                         bfqq->pos_root = NULL;
2403                 }
2404         } else {
2405                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2406                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2407                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2408         }
2409
2410         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2411                 bfqq->meta_pending--;
2412
2413 }
2414
2415 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2416                 unsigned int nr_segs)
2417 {
2418         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2419         struct request *free = NULL;
2420         /*
2421          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2422          * store its return value for later use, to avoid nesting
2423          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2424          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2425          * bfqd->lock is taken.
2426          */
2427         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2428         bool ret;
2429
2430         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2431
2432         if (bic) {
2433                 /*
2434                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2435                  * considering the merge.
2436                  */
2437                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2438
2439                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2440         } else {
2441                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2442         }
2443         bfqd->bio_bic = bic;
2444
2445         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2446
2447         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2448         if (free)
2449                 blk_mq_free_request(free);
2450
2451         return ret;
2452 }
2453
2454 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2455                              struct bio *bio)
2456 {
2457         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2458         struct request *__rq;
2459
2460         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2461         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2462                 *req = __rq;
2463
2464                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2465                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2466                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2467         }
2468
2469         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2470 }
2471
2472 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2473                                enum elv_merge type)
2474 {
2475         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2476             rb_prev(&req->rb_node) &&
2477             blk_rq_pos(req) <
2478             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2479                                     struct request, rb_node))) {
2480                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2481                 struct bfq_data *bfqd;
2482                 struct request *prev, *next_rq;
2483
2484                 if (!bfqq)
2485                         return;
2486
2487                 bfqd = bfqq->bfqd;
2488
2489                 /* Reposition request in its sort_list */
2490                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2491                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2492
2493                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2494                 prev = bfqq->next_rq;
2495                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2496                                          bfqd->last_position);
2497                 bfqq->next_rq = next_rq;
2498                 /*
2499                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2500                  * fit the new request and the queue's position in its
2501                  * rq_pos_tree.
2502                  */
2503                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2504                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2505                         /*
2506                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2507                          * the unlikely().
2508                          */
2509                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2510                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2511                 }
2512         }
2513 }
2514
2515 /*
2516  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2517  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2518  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2519  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2520  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2521  *
2522  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2523  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2524  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2525  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2526  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2527  * only by bfq_insert_request.
2528  */
2529 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2530                                 struct request *next)
2531 {
2532         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2533                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2534
2535         if (!bfqq)
2536                 goto remove;
2537
2538         /*
2539          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2540          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2541          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2542          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2543          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2544          * which would most certainly be too expensive with respect to
2545          * the benefits.
2546          */
2547         if (bfqq == next_bfqq &&
2548             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2549             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2550                 list_del_init(&rq->queuelist);
2551                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2552                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2553         }
2554
2555         if (bfqq->next_rq == next)
2556                 bfqq->next_rq = rq;
2557
2558         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2559 remove:
2560         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2561         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2562                 bfq_remove_request(next->q, next);
2563                 if (next_bfqq)
2564                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2565                                                     next->cmd_flags);
2566         }
2567 }
2568
2569 /* Must be called with bfqq != NULL */
2570 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2571 {
2572         /*
2573          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2574          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2575          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2576          * a soft real-time application. Such an application actually
2577          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2578          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2579          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2580          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2581          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2582          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2583          * very long time.
2584          */
2585
2586         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2587             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2588                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2589
2590         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2591                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2592         bfqq->wr_coeff = 1;
2593         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2594         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2595         /*
2596          * Trigger a weight change on the next invocation of
2597          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2598          */
2599         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2600 }
2601
2602 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2603                              struct bfq_group *bfqg)
2604 {
2605         int i, j;
2606
2607         for (i = 0; i < 2; i++)
2608                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2609                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2610                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2611         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2612                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2613 }
2614
2615 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2616 {
2617         struct bfq_queue *bfqq;
2618
2619         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2620
2621         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2622                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2623         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2624                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2625         bfq_end_wr_async(bfqd);
2626
2627         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2628 }
2629
2630 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2631 {
2632         if (request)
2633                 return blk_rq_pos(io_struct);
2634         else
2635                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2636 }
2637
2638 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2639                                   sector_t sector)
2640 {
2641         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2642                BFQQ_CLOSE_THR;
2643 }
2644
2645 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2646                                          struct bfq_queue *bfqq,
2647                                          sector_t sector)
2648 {
2649         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2650         struct rb_node *parent, *node;
2651         struct bfq_queue *__bfqq;
2652
2653         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2654                 return NULL;
2655
2656         /*
2657          * First, if we find a request starting at the end of the last
2658          * request, choose it.
2659          */
2660         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2661         if (__bfqq)
2662                 return __bfqq;
2663
2664         /*
2665          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2666          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2667          * next_request position).
2668          */
2669         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2670         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2671                 return __bfqq;
2672
2673         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2674                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2675         else
2676                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2677         if (!node)
2678                 return NULL;
2679
2680         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2681         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2682                 return __bfqq;
2683
2684         return NULL;
2685 }
2686
2687 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2688                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2689                                                    sector_t sector)
2690 {
2691         struct bfq_queue *bfqq;
2692
2693         /*
2694          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2695          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2696          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2697          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2698          * the best possible order for throughput.
2699          */
2700         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2701         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2702                 return NULL;
2703
2704         return bfqq;
2705 }
2706
2707 static struct bfq_queue *
2708 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2709 {
2710         int process_refs, new_process_refs;
2711         struct bfq_queue *__bfqq;
2712
2713         /*
2714          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2715          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2716          * may have dropped their last reference (not just their last process
2717          * reference).
2718          */
2719         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2720                 return NULL;
2721
2722         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2723         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2724                 if (__bfqq == bfqq)
2725                         return NULL;
2726                 new_bfqq = __bfqq;
2727         }
2728
2729         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2730         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2731         /*
2732          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2733          * sense in merging the queues.
2734          */
2735         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2736                 return NULL;
2737
2738         /*
2739          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2740          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2741          * for merging.
2742          */
2743         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2744                 return NULL;
2745
2746         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2747                 new_bfqq->pid);
2748
2749         /*
2750          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2751          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2752          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2753          * first time that the requests of some process are redirected to
2754          * it.
2755          *
2756          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2757          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2758          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2759          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2760          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2761          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2762          *
2763          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2764          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2765          * best option, as we feed the in-service queue with new
2766          * requests close to the last request served and, by doing so,
2767          * are likely to increase the throughput.
2768          */
2769         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2770         /*
2771          * The above assignment schedules the following redirections:
2772          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2773          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2774          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2775          * in advance, adding the number of processes that are
2776          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2777          * issue I/O.
2778          */
2779         new_bfqq->ref += process_refs;
2780         return new_bfqq;
2781 }
2782
2783 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2784                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2785 {
2786         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2787                 return false;
2788
2789         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2790             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2791                 return false;
2792
2793         /*
2794          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2795          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2796          * sequential I/O.
2797          */
2798         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2799                 return false;
2800
2801         /*
2802          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2803          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2804          * queues.
2805          */
2806         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2807                 return false;
2808
2809         return true;
2810 }
2811
2812 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2813                                              struct bfq_queue *bfqq);
2814
2815 /*
2816  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2817  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2818  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2819  * structure otherwise.
2820  *
2821  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2822  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2823  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2824  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2825  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2826  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2827  *
2828  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2829  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2830  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2831  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2832  * requests than the ones produced by its originally-associated
2833  * process.
2834  */
2835 static struct bfq_queue *
2836 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2837                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2838 {
2839         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2840
2841         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2842         if (bfqq->new_bfqq)
2843                 return bfqq->new_bfqq;
2844
2845         /*
2846          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2847          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2848          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2849          * must be non null). If we considered also merged queues,
2850          * then we should also check whether bfqq has already been
2851          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2852          * costly and complicated.
2853          */
2854         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2855                 /*
2856                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2857                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2858                  * stable merging) also if bic is associated with a
2859                  * sync queue, but this bfqq is async
2860                  */
2861                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2862                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2863                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2864                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2865                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2866                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2867                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2868                                 bic->stable_merge_bfqq;
2869                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2870                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2871
2872                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2873                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2874
2875                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2876
2877                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2878                             proc_ref > 0) {
2879                                 /* next function will take at least one ref */
2880                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2881                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2882
2883                                 if (new_bfqq) {
2884                                         bic->stably_merged = true;
2885                                         if (new_bfqq->bic)
2886                                                 new_bfqq->bic->stably_merged =
2887                                                                         true;
2888                                 }
2889                                 return new_bfqq;
2890                         } else
2891                                 return NULL;
2892                 }
2893         }
2894
2895         /*
2896          * Do not perform queue merging if the device is non
2897          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2898          * device reaches a high speed through internal parallelism
2899          * and pipelining. This means that, to reach a high
2900          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2901          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2902          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2903          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2904          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2905          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2906          * the throughput reached by the device is likely to be the
2907          * same, with and without queue merging.
2908          *
2909          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2910          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2911          * artificially more uneven, because of shared queues
2912          * remaining non empty for incomparably more time than
2913          * non-merged queues. This may accentuate workload
2914          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2915          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2916          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2917          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2918          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2919          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2920          *
2921          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2922          * of the two branches is more likely than the other, but to
2923          * have the code path after the following if() executed as
2924          * fast as possible for the case of a non rotational device
2925          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2926          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2927          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2928          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2929          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2930          * all.
2931          */
2932         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2933                 return NULL;
2934
2935         /*
2936          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2937          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2938          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2939          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2940          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2941          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2942          * probability that two non-cooperating processes, which just
2943          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2944          * their queues merged by mistake.
2945          */
2946         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2947                 return NULL;
2948
2949         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2950                 return NULL;
2951
2952         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2953         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2954                 return NULL;
2955
2956         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2957
2958         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2959             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2960             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2961                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2962             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2963             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2964                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2965                 if (new_bfqq)
2966                         return new_bfqq;
2967         }
2968         /*
2969          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2970          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2971          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2972          */
2973         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2974                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2975
2976         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2977             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2978                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2979
2980         return NULL;
2981 }
2982
2983 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2984 {
2985         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2986
2987         /*
2988          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2989          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2990          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2991          */
2992         if (!bic)
2993                 return;
2994
2995         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
2996         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
2997         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
2998
2999         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3000         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
3001         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3002         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3003         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3004         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3005         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3006         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3007         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3008                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3009                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3010                 /*
3011                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3012                  * would have deserved interactive weight raising, but
3013                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3014                  * because of this early merge. Store directly the
3015                  * weight-raising state that would have been assigned
3016                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3017                  * to enjoy weight raising if split soon.
3018                  */
3019                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3020                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3021                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3022                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3023         } else {
3024                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3025                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3026                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3027                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
3028                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3029                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3030         }
3031 }
3032
3033
3034 static void
3035 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3036 {
3037         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3038             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3039                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3040         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3041                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3042 }
3043
3044 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3045 {
3046         /*
3047          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3048          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3049          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3050          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3051          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3052          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3053          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3054          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3055          * never happen.
3056          */
3057         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3058             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3059                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
3060
3061         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3062
3063         bfq_put_queue(bfqq);
3064 }
3065
3066 static void
3067 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3068                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3069 {
3070         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3071                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3072         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3073         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3074         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3075         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3076                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3077         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3078
3079         /*
3080          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3081          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3082          * waker, then assume that all these processes will be happy
3083          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3084          * I/O.
3085          */
3086         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3087             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3088                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3089                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3090
3091                 /*
3092                  * If the waker queue disappears, then
3093                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3094                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3095                  * bfq_check_waker for details.
3096                  */
3097                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3098                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3099
3100         }
3101
3102         /*
3103          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3104          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3105          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3106          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3107          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3108          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3109          * easy, thanks to the flag just_created.
3110          */
3111         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3112                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3113                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3114                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3115                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3116                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3117                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3118                         bfqd->wr_busy_queues++;
3119                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3120         }
3121
3122         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3123                 bfqq->wr_coeff = 1;
3124                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3125                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3126                         bfqd->wr_busy_queues--;
3127         }
3128
3129         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3130                      bfqd->wr_busy_queues);
3131
3132         /*
3133          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3134          */
3135         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3136         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3137         /*
3138          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3139          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3140          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3141          *   be set to NULL, or
3142          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3143          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3144          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3145          *   assignment causes no harm).
3146          */
3147         new_bfqq->bic = NULL;
3148         /*
3149          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3150          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3151          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3152          * because it reports a random pid between those of the associated
3153          * processes.
3154          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3155          * a pid in logging messages.
3156          */
3157         new_bfqq->pid = -1;
3158         bfqq->bic = NULL;
3159
3160         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3161
3162         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3163 }
3164
3165 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3166                                 struct bio *bio)
3167 {
3168         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3169         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3170         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3171
3172         /*
3173          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3174          */
3175         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3176                 return false;
3177
3178         /*
3179          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3180          * merge only if rq is queued there.
3181          */
3182         if (!bfqq)
3183                 return false;
3184
3185         /*
3186          * We take advantage of this function to perform an early merge
3187          * of the queues of possible cooperating processes.
3188          */
3189         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3190         if (new_bfqq) {
3191                 /*
3192                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3193                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3194                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3195                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3196                  * and bfqq can be put.
3197                  */
3198                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3199                                 new_bfqq);
3200                 /*
3201                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3202                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3203                  * merged.
3204                  */
3205                 bfqq = new_bfqq;
3206
3207                 /*
3208                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3209                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3210                  * this function may be invoked again (and then may
3211                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3212                  */
3213                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3214         }
3215
3216         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3217 }
3218
3219 /*
3220  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3221  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3222  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3223  * processes.
3224  */
3225 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3226                                    struct bfq_queue *bfqq)
3227 {
3228         unsigned int timeout_coeff;
3229
3230         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3231                 timeout_coeff = 1;
3232         else
3233                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3234
3235         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3236
3237         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3238                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3239 }
3240
3241 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3242                                        struct bfq_queue *bfqq)
3243 {
3244         if (bfqq) {
3245                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3246
3247                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3248
3249                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3250                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3251                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3252                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3253                         /*
3254                          * For soft real-time queues, move the start
3255                          * of the weight-raising period forward by the
3256                          * time the queue has not received any
3257                          * service. Otherwise, a relatively long
3258                          * service delay is likely to cause the
3259                          * weight-raising period of the queue to end,
3260                          * because of the short duration of the
3261                          * weight-raising period of a soft real-time
3262                          * queue.  It is worth noting that this move
3263                          * is not so dangerous for the other queues,
3264                          * because soft real-time queues are not
3265                          * greedy.
3266                          *
3267                          * To not add a further variable, we use the
3268                          * overloaded field budget_timeout to
3269                          * determine for how long the queue has not
3270                          * received service, i.e., how much time has
3271                          * elapsed since the queue expired. However,
3272                          * this is a little imprecise, because
3273                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3274                          * not only expires, but also remains with no
3275                          * request.
3276                          */
3277                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3278                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3279                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3280                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3281                         else
3282                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3283                 }
3284
3285                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3286                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3287                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3288                              bfqq->entity.budget);
3289         }
3290
3291         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3292         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3293 }
3294
3295 /*
3296  * Get and set a new queue for service.
3297  */
3298 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3299 {
3300         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3301
3302         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3303         return bfqq;
3304 }
3305
3306 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3307 {
3308         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3309         u32 sl;
3310
3311         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3312
3313         /*
3314          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3315          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3316          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3317          */
3318         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3319         /*
3320          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3321          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3322          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3323          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3324          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3325          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3326          * needed if the queue has a higher weight than some other
3327          * queue).
3328          */
3329         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3330             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3331                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3332         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3333                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3334
3335         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3336         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3337
3338         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3339                       HRTIMER_MODE_REL);
3340         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3341 }
3342
3343 /*
3344  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3345  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3346  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3347  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3348  * this maximises throughput with sequential workloads.
3349  */
3350 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3351 {
3352         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3353                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3358  * function of the estimated peak rate. See comments on
3359  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3360  */
3361 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3362 {
3363         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3364                 bfqd->bfq_max_budget =
3365                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3366                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3367         }
3368 }
3369
3370 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3371                                        struct request *rq)
3372 {
3373         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3374                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3375                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3376                 bfqd->sequential_samples = 0;
3377                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3378                         blk_rq_sectors(rq);
3379         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3380                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3381
3382         bfq_log(bfqd,
3383                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3384                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3385                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3386 }
3387
3388 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3389 {
3390         u32 rate, weight, divisor;
3391
3392         /*
3393          * For the convergence property to hold (see comments on
3394          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3395          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3396          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3397          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3398          * for a new evaluation attempt.
3399          */
3400         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3401             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3402                 goto reset_computation;
3403
3404         /*
3405          * If a new request completion has occurred after last
3406          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3407          * have been served by the device, it is more precise to
3408          * extend the observation interval to the last completion.
3409          */
3410         bfqd->delta_from_first =
3411                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3412                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3413
3414         /*
3415          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3416          * precision issues.
3417          */
3418         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3419                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3420
3421         /*
3422          * Peak rate not updated if:
3423          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3424          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3425          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3426          */
3427         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3428              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3429                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3430                 goto reset_computation;
3431
3432         /*
3433          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3434          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3435          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3436          * measured rate.
3437          *
3438          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3439          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3440          * and to how long the observation time interval is.
3441          *
3442          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3443          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3444          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3445          * the measured rate contributes for half of the next value of
3446          * the estimated peak rate.
3447          *
3448          * So, the first step is to compute the weight as a function
3449          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3450          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3451          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3452          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3453          * incremented for the first sample.
3454          */
3455         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3456
3457         /*
3458          * Second step: further refine the weight as a function of the
3459          * duration of the observation interval.
3460          */
3461         weight = min_t(u32, 8,
3462                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3463                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3464
3465         /*
3466          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3467          * maximum weight.
3468          */
3469         divisor = 10 - weight;
3470
3471         /*
3472          * Finally, update peak rate:
3473          *
3474          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3475          */
3476         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3477         bfqd->peak_rate /= divisor;
3478         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3479
3480         bfqd->peak_rate += rate;
3481
3482         /*
3483          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3484          * the minimum representable values reported in the comments
3485          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3486          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3487          * divisor.
3488          */
3489         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3490
3491         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3492
3493 reset_computation:
3494         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3495 }
3496
3497 /*
3498  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3499  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3500  *
3501  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3502  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3503  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3504  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3505  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3506  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3507  * by the device.
3508  *
3509  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3510  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3511  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3512  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3513  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3514  * unknown, namely in-device request service rate.
3515  *
3516  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3517  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3518  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3519  * same requests are then served. But, since the size of any
3520  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3521  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3522  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3523  * closer and closer to the number of requests completed as the
3524  * observation interval grows. This is the key property used in
3525  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3526  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3527  * on every request dispatch.
3528  */
3529 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3530 {
3531         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3532
3533         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3534                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3535                         bfqd->peak_rate_samples);
3536                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3537                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3538         }
3539
3540         /*
3541          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3542          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3543          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3544          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3545          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3546          * taken:
3547          * - close the observation interval at the last (previous)
3548          *   request dispatch or completion
3549          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3550          * - start a new observation interval with this dispatch
3551          */
3552         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3553             bfqd->rq_in_driver == 0)
3554                 goto update_rate_and_reset;
3555
3556         /* Update sampling information */
3557         bfqd->peak_rate_samples++;
3558
3559         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3560                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3561             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3562                 bfqd->sequential_samples++;
3563
3564         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3565
3566         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3567         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3568                 bfqd->last_rq_max_size =
3569                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3570         else
3571                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3572
3573         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3574
3575         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3576         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3577                 goto update_last_values;
3578
3579 update_rate_and_reset:
3580         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3581 update_last_values:
3582         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3583         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3584                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3585         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3586 }
3587
3588 /*
3589  * Remove request from internal lists.
3590  */
3591 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3592 {
3593         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3594
3595         /*
3596          * For consistency, the next instruction should have been
3597          * executed after removing the request from the queue and
3598          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3599          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3600          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3601          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3602          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3603          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3604          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3605          * happens to be taken into account.
3606          */
3607         bfqq->dispatched++;
3608         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3609
3610         bfq_remove_request(q, rq);
3611 }
3612
3613 /*
3614  * There is a case where idling does not have to be performed for
3615  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3616  * the process associated with bfqq.
3617  *
3618  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3619  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3620  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3621  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3622  * actual request service order. In particular, the critical
3623  * situation is when requests from different processes happen
3624  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3625  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3626  * the service order of the internally-queued requests, does
3627  * determine also the actual throughput distribution among
3628  * these processes. But the drive typically has no notion or
3629  * concern about per-process throughput distribution, and
3630  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3631  * the service distribution enforced by the drive's internal
3632  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3633  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3634  * skewed scenario where:
3635  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3636  *       the others,
3637  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3638  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3639  *       throughput than any of the other processes;
3640  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3641  *       terms of locality (sequential or random), direction
3642  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3643  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3644
3645  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3646  * of each process in about the same way as the requests of the
3647  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3648  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3649  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3650  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3651  * bfqq.
3652  *
3653  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3654  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3655  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3656  * (see [1] for details).
3657  *
3658  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3659  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3660  * example is sync random I/O on flash storage with command
3661  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3662  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3663  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3664  * service guarantees.
3665  *
3666  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3667  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3668  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3669  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3670  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3671  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3672  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3673  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3674  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3675  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3676  * some request already dispatched but still waiting for
3677  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3678  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3679  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3680  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3681  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3682  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3683  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3684  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3685  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3686  * bi-modal behavior, implemented in the function
3687  * bfq_asymmetric_scenario().
3688  *
3689  * If there are groups with requests waiting for completion
3690  * (as commented above, some of these groups may even be
3691  * already inactive), then the scenario is tagged as
3692  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3693  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3694  * This behavior matches also the fact that groups are created
3695  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3696  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3697  *
3698  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3699  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3700  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3701  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3702  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3703  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3704  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3705  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3706  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3707  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3708  * have the same weight.
3709  *
3710  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3711  * risk of getting less throughput than its fair share.
3712  * However, for queues with the same weight, a further
3713  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3714  * problem. And it does so without consequences on overall
3715  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3716  * in the next three paragraphs.
3717  *
3718  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3719  * can still preempt the new in-service queue if the next
3720  * request of Q arrives soon (see the comments on
3721  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3722  * groups have the same weight, this form of preemption,
3723  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3724  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3725  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3726  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3727  * idling allows the internal queues of the device to contain
3728  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3729  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3730  * minimum of mid-term fairness.
3731  *
3732  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3733  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3734  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3735  * that there are two queues with the same weight, but that
3736  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3737  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3738  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3739  * most one request at a time, which implies that each queue
3740  * always remains idle after it is served. Finally, after
3741  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3742  * request. It follows that the two queues are served
3743  * alternatively, preempting each other if needed. This
3744  * implies that, although both queues have the same weight,
3745  * the queue with large requests receives a service that is
3746  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3747  * queue.
3748  *
3749  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3750  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3751  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3752  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3753  * there is no active group, then the primary expectation for
3754  * this device is probably a high throughput.
3755  *
3756  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3757  * additional compound condition that is checked below for deciding
3758  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3759  * sub-condition, we need to add that the function
3760  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3761  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3762  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3763  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3764  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3765  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3766  * requests waiting for completion happen to be
3767  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3768  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3769  * weight raising.
3770  *
3771  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3772  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3773  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3774  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3775  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3776  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3777  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3778  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3779  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3780  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3781  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3782  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3783  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3784  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3785  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3786  * lose because of this delay.
3787  *
3788  * As a side note, it is worth considering that the above
3789  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3790  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3791  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3792  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3793  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3794  * may become impossible to make requests be served in the desired
3795  * order until all the requests already queued in the device have been
3796  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3797  * this problem for weight-raised queues.
3798  *
3799  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3800  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3801  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3802  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3803  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3804  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3805  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3806  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3807  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3808  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3809  * be served. In particular, event (2) may case even already
3810  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3811  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3812  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3813  */
3814 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3815                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3816 {
3817         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3818
3819         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3820         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3821                 return false;
3822
3823         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3824                 (bfqd->wr_busy_queues <
3825                  tot_busy_queues ||
3826                  bfqd->rq_in_driver >=
3827                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3828                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3829                 tot_busy_queues == 1;
3830 }
3831
3832 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3833                               enum bfqq_expiration reason)
3834 {
3835         /*
3836          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3837          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3838          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3839          * break the queues apart again.
3840          */
3841         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3842                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3843
3844         /*
3845          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3846          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3847          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3848          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3849          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3850          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3851          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3852          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3853          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3854          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3855          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3856          */
3857         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3858             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3859               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3860                 if (bfqq->dispatched == 0)
3861                         /*
3862                          * Overloading budget_timeout field to store
3863                          * the time at which the queue remains with no
3864                          * backlog and no outstanding request; used by
3865                          * the weight-raising mechanism.
3866                          */
3867                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3868
3869                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, true);
3870         } else {
3871                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3872                 /*
3873                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3874                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3875                  */
3876                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3877                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3878                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3879         }
3880
3881         /*
3882          * All in-service entities must have been properly deactivated
3883          * or requeued before executing the next function, which
3884          * resets all in-service entities as no more in service. This
3885          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3886          * function returns true.
3887          */
3888         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3889 }
3890
3891 /**
3892  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3893  * @bfqd: device data.
3894  * @bfqq: queue to update.
3895  * @reason: reason for expiration.
3896  *
3897  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3898  * See the body for detailed comments.
3899  */
3900 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3901                                      struct bfq_queue *bfqq,
3902                                      enum bfqq_expiration reason)
3903 {
3904         struct request *next_rq;
3905         int budget, min_budget;
3906
3907         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3908
3909         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3910                 budget = bfqq->max_budget;
3911         else /*
3912               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3913               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3914               * than the minimum possible budget, to cause a little
3915               * bit fewer expirations.
3916               */
3917                 budget = 2 * min_budget;
3918
3919         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3920                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3921         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3922                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3923         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3924                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3925
3926         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3927                 switch (reason) {
3928                 /*
3929                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3930                  * for throughput.
3931                  */
3932                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3933                         /*
3934                          * This is the only case where we may reduce
3935                          * the budget: if there is no request of the
3936                          * process still waiting for completion, then
3937                          * we assume (tentatively) that the timer has
3938                          * expired because the batch of requests of
3939                          * the process could have been served with a
3940                          * smaller budget.  Hence, betting that
3941                          * process will behave in the same way when it
3942                          * becomes backlogged again, we reduce its
3943                          * next budget.  As long as we guess right,
3944                          * this budget cut reduces the latency
3945                          * experienced by the process.
3946                          *
3947                          * However, if there are still outstanding
3948                          * requests, then the process may have not yet
3949                          * issued its next request just because it is
3950                          * still waiting for the completion of some of
3951                          * the still outstanding ones.  So in this
3952                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3953                          * contrary we increase it to possibly boost
3954                          * the throughput, as discussed in the
3955                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3956                          */
3957                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3958                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3959                         else {
3960                                 if (budget > 5 * min_budget)
3961                                         budget -= 4 * min_budget;
3962                                 else
3963                                         budget = min_budget;
3964                         }
3965                         break;
3966                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3967                         /*
3968                          * We double the budget here because it gives
3969                          * the chance to boost the throughput if this
3970                          * is not a seeky process (and has bumped into
3971                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3972                          */
3973                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3974                         break;
3975                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3976                         /*
3977                          * The process still has backlog, and did not
3978                          * let either the budget timeout or the disk
3979                          * idling timeout expire. Hence it is not
3980                          * seeky, has a short thinktime and may be
3981                          * happy with a higher budget too. So
3982                          * definitely increase the budget of this good
3983                          * candidate to boost the disk throughput.
3984                          */
3985                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3986                         break;
3987                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3988                         /*
3989                          * For queues that expire for this reason, it
3990                          * is particularly important to keep the
3991                          * budget close to the actual service they
3992                          * need. Doing so reduces the timestamp
3993                          * misalignment problem described in the
3994                          * comments in the body of
3995                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3996                          * that a queue systematically expires for
3997                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3998                          * new request in time to enjoy timestamp
3999                          * back-shifting. The larger the budget of the
4000                          * queue is with respect to the service the
4001                          * queue actually requests in each service
4002                          * slot, the more times the queue can be
4003                          * reactivated with the same virtual finish
4004                          * time. It follows that, even if this finish
4005                          * time is pushed to the system virtual time
4006                          * to reduce the consequent timestamp
4007                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4008                          * many re-activations a lower finish time
4009                          * than all newly activated queues.
4010                          *
4011                          * The service needed by bfqq is measured
4012                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4013                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4014                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4015                          * of sectors that the process associated with
4016                          * bfqq requested to read/write before waiting
4017                          * for request completions, or blocking for
4018                          * other reasons.
4019                          */
4020                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4021                         break;
4022                 default:
4023                         return;
4024                 }
4025         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4026                 /*
4027                  * Async queues get always the maximum possible
4028                  * budget, as for them we do not care about latency
4029                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4030                  * by the charging factor).
4031                  */
4032                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4033         }
4034
4035         bfqq->max_budget = budget;
4036
4037         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4038             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4039                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4040
4041         /*
4042          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4043          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4044          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4045          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4046          * update.
4047          *
4048          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4049          * it will be updated on the arrival of a new request.
4050          */
4051         next_rq = bfqq->next_rq;
4052         if (next_rq)
4053                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4054                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4055
4056         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4057                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4058                         bfqq->entity.budget);
4059 }
4060
4061 /*
4062  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4063  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4064  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4065  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4066  * on the function bfq_bfqq_expire().
4067  *
4068  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4069  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4070  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4071  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4072  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4073  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4074  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4075  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4076  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4077  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4078  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4079  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4080  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4081  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4082  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4083  * finishes.
4084  *
4085  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4086  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4087  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4088  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4089  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4090  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4091  */
4092 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4093                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4094                                  unsigned long *delta_ms)
4095 {
4096         ktime_t delta_ktime;
4097         u32 delta_usecs;
4098         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4099
4100         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4101                 return false;
4102
4103         if (compensate)
4104                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4105         else
4106                 delta_ktime = ktime_get();
4107         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4108         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4109
4110         /* don't use too short time intervals */
4111         if (delta_usecs < 1000) {
4112                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4113                          /*
4114                           * give same worst-case guarantees as idling
4115                           * for seeky
4116                           */
4117                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4118                 else /* charge at least one seek */
4119                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4120
4121                 return slow;
4122         }
4123
4124         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4125
4126         /*
4127          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4128          * spikes in service rate estimation.
4129          */
4130         if (delta_usecs > 20000) {
4131                 /*
4132                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4133                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4134                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4135                  * rate is likely to be an average over the disk
4136                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4137                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4138                  * its rate has been lower than half of the estimated
4139                  * peak rate.
4140                  */
4141                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4142         }
4143
4144         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4145
4146         return slow;
4147 }
4148
4149 /*
4150  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4151  * requirements. First, the application must not require an average
4152  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4153  * record a compressed high-definition video.
4154  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4155  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4156  * that, if the next request of the application does not arrive before
4157  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4158  *
4159  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4160  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4161  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4162  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4163  * and so on.
4164  * For this reason the next function is invoked to compute
4165  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4166  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4167  * not.
4168  *
4169  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4170  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4171  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4172  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4173  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4174  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4175  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4176  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4177  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4178  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4179  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4180  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4181  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4182  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4183  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4184  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4185  *
4186  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4187  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4188  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4189  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4190  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4191  *     the return value of this function with the current time plus
4192  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4193  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4194  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4195  *     real-time application spends some time processing data, after a
4196  *     batch of its requests has been completed.
4197  *
4198  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4199  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4200  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4201  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4202  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4203  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4204  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4205  *     time intervals are usually interspersed between other time
4206  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4207  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4208  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4209  *     function happen to be so high, near the end of any such
4210  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4211  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4212  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4213  *     this function. As a consequence, if the last value of
4214  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4215  *     next value that this function may return, then, from the very
4216  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4217  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4218  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4219  *     to soon for the application to be deemed as soft
4220  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4221  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4222  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4223  *
4224  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4225  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4226  * application, if the reference quantity was just
4227  * bfqd->bfq_slice_idle:
4228  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4229  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4230  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4231  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4232  *    is rather lower than the exact value.
4233  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4234  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4235  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4236  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4237  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4238  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4239  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4240  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4241  */
4242 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4243                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4244 {
4245         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4246                     bfqq->last_idle_bklogged +
4247                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4248                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4249                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4250 }
4251
4252 /**
4253  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4254  * @bfqd: device owning the queue.
4255  * @bfqq: the queue to expire.
4256  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4257  * @reason: the reason causing the expiration.
4258  *
4259  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4260  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4261  * in service instead of the service it has received (see
4262  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4263  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4264  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4265  * received more service than what it has actually received. In the
4266  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4267  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4268  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4269  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4270  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4271  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4272  *
4273  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4274  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4275  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4276  * guarantees among the latter.
4277  */
4278 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4279                      struct bfq_queue *bfqq,
4280                      bool compensate,
4281                      enum bfqq_expiration reason)
4282 {
4283         bool slow;
4284         unsigned long delta = 0;
4285         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4286
4287         /*
4288          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4289          */
4290         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4291
4292         /*
4293          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4294          * timed-out queues with the time and not the service
4295          * received, to favor sequential workloads.
4296          *
4297          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4298          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4299          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4300          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4301          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4302          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4303          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4304          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4305          * or quasi-sequential processes.
4306          */
4307         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4308             (slow ||
4309              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4310               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4311                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4312
4313         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4314                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4315
4316         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4317             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4318                 /*
4319                  * If we get here, and there are no outstanding
4320                  * requests, then the request pattern is isochronous
4321                  * (see the comments on the function
4322                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4323                  * compute soft_rt_next_start.
4324                  *
4325                  * If, instead, the queue still has outstanding
4326                  * requests, then we have to wait for the completion
4327                  * of all the outstanding requests to discover whether
4328                  * the request pattern is actually isochronous.
4329                  */
4330                 if (bfqq->dispatched == 0)
4331                         bfqq->soft_rt_next_start =
4332                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4333                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4334                         /*
4335                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4336                          * the task may be discovered to be isochronous.
4337                          */
4338                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4339                 }
4340         }
4341
4342         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4343                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4344                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4345
4346         /*
4347          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4348          * any longer: reset state machine for measuring total service
4349          * times.
4350          */
4351         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4352         bfqd->waited_rq = NULL;
4353
4354         /*
4355          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4356          * reason.
4357          */
4358         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4359         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4360                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4361                 return;
4362
4363         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4364         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4365             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4366             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4367                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4368                 /*
4369                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4370                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4371                  * service with this same budget (as if it never expired)
4372                  */
4373         } else
4374                 entity->service = 0;
4375
4376         /*
4377          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4378          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4379          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4380          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4381          * chance to go on being served using the last, partially
4382          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4383          * because if bfqq then actually goes on being served using
4384          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4385          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4386          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4387          * to keep entity->service for parent entities too, because
4388          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4389          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4390          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4391          * service with the same budget.
4392          */
4393         entity = entity->parent;
4394         for_each_entity(entity)
4395                 entity->service = 0;
4396 }
4397
4398 /*
4399  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4400  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4401  * idle timer expirations.
4402  */
4403 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4404 {
4405         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4406 }
4407
4408 /*
4409  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4410  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4411  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4412  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4413  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4414  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4415  */
4416 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4417 {
4418         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4419                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4420                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4421                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4422                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4423
4424         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4425                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4426                 &&
4427                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4428 }
4429
4430 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4431                                              struct bfq_queue *bfqq)
4432 {
4433         bool rot_without_queueing =
4434                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4435                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4436                 idling_boosts_thr;
4437
4438         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4439         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4440                 return false;
4441
4442         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4443                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4444
4445         /*
4446          * The next variable takes into account the cases where idling
4447          * boosts the throughput.
4448          *
4449          * The value of the variable is computed considering, first, that
4450          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4451          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4452          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4453          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4454          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4455          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4456          *     I/O-bound and sequential.
4457          *
4458          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4459          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4460          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4461          * the throughput in proportion to how fast the device
4462          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4463          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4464          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4465          * flash-based device.
4466          */
4467         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4468                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4469                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4470
4471         /*
4472          * The return value of this function is equal to that of
4473          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4474          * special case, described below, idling may cause problems to
4475          * weight-raised queues.
4476          *
4477          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4478          * of write hogs), if the processes associated with
4479          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4480          * then processes associated with weight-raised queues have a
4481          * higher probability to get a request from the pool
4482          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4483          * they have a higher probability to actually get a fraction
4484          * of the device throughput proportional to their high
4485          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4486          * which enqueue several requests in advance, and further
4487          * reorder internally-queued requests.
4488          *
4489          * For this reason, we force to false the return value if
4490          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4491          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4492          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4493          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4494          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4495          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4496          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4497          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4498          * requests from the request pool, before the busy
4499          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4500          * starvation problems in the presence of heavy write
4501          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4502          * application and system responsiveness in these hostile
4503          * scenarios.
4504          */
4505         return idling_boosts_thr &&
4506                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4507 }
4508
4509 /*
4510  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4511  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4512  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4513  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4514  * critical role as well.
4515  *
4516  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4517  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4518  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4519  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4520  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4521  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4522  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4523  * issue.
4524  *
4525  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4526  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4527  * functions providing the main pieces of information needed by this
4528  * function.
4529  */
4530 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4531 {
4532         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4533         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4534
4535         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4536         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4537                 return false;
4538
4539         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4540                 return true;
4541
4542         /*
4543          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4544          * do not idle if
4545          * (a) bfqq is async
4546          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4547          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4548          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4549          */
4550         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4551            bfq_class_idle(bfqq))
4552                 return false;
4553
4554         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4555                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4556
4557         idling_needed_for_service_guar =
4558                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4559
4560         /*
4561          * We have now the two components we need to compute the
4562          * return value of the function, which is true only if idling
4563          * either boosts the throughput (without issues), or is
4564          * necessary to preserve service guarantees.
4565          */
4566         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4567                 idling_needed_for_service_guar;
4568 }
4569
4570 /*
4571  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4572  * returns true, then:
4573  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4574  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4575  *    request for the queue.
4576  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4577  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4578  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4579  * returns true.
4580  */
4581 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4582 {
4583         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4584 }
4585
4586 /*
4587  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4588  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4589  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4590  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4591  * below.
4592  */
4593 static struct bfq_queue *
4594 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4595 {
4596         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4597         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4598         /*
4599          * If
4600          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4601          *   time-critical I/O,
4602          * or
4603          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4604          *   however a long think time, during which it can absorb the
4605          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4606          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4607          *   details on the computation of this number);
4608          * then injection can be performed without restrictions.
4609          */
4610         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4611                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4612
4613         /*
4614          * If
4615          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4616          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4617          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4618          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4619          *   significantly;
4620          * then temporarily raise inject limit to one request.
4621          */
4622         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4623             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4624             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4625                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4626                 )
4627                 limit = 1;
4628
4629         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4630                 return NULL;
4631
4632         /*
4633          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4634          * a high probability, very few steps are needed to find a
4635          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4636          * its next request. In fact:
4637          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4638          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4639          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4640          *   service, then the queue is removed from the active list
4641          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4642          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4643          */
4644         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4645                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4646                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4647                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4648                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4649                         /*
4650                          * Allow for only one large in-flight request
4651                          * on non-rotational devices, for the
4652                          * following reason. On non-rotationl drives,
4653                          * large requests take much longer than
4654                          * smaller requests to be served. In addition,
4655                          * the drive prefers to serve large requests
4656                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4657                          * having more than one large requests queued
4658                          * in the drive may easily make the next first
4659                          * request of the in-service queue wait for so
4660                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4661                          * the bright side, large requests let the
4662                          * drive reach a very high throughput, even if
4663                          * there is only one in-flight large request
4664                          * at a time.
4665                          */
4666                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4667                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4668                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4669                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4670                         else
4671                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4672
4673                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4674                                 bfqd->rqs_injected = true;
4675                                 return bfqq;
4676                         }
4677                 }
4678
4679         return NULL;
4680 }
4681
4682 /*
4683  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4684  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4685  */
4686 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4687 {
4688         struct bfq_queue *bfqq;
4689         struct request *next_rq;
4690         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4691
4692         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4693         if (!bfqq)
4694                 goto new_queue;
4695
4696         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4697
4698         /*
4699          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4700          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4701          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4702          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4703          * bfq_completed_request().
4704          */
4705         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4706             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4707                 goto expire;
4708
4709 check_queue:
4710         /*
4711          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4712          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4713          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4714          * request served.
4715          */
4716         next_rq = bfqq->next_rq;
4717         /*
4718          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4719          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4720          */
4721         if (next_rq) {
4722                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4723                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4724                         /*
4725                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4726                          * which makes sure that the next budget is
4727                          * enough to serve the next request, even if
4728                          * it comes from the fifo expired path.
4729                          */
4730                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4731                         goto expire;
4732                 } else {
4733                         /*
4734                          * The idle timer may be pending because we may
4735                          * not disable disk idling even when a new request
4736                          * arrives.
4737                          */
4738                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4739                                 /*
4740                                  * If we get here: 1) at least a new request
4741                                  * has arrived but we have not disabled the
4742                                  * timer because the request was too small,
4743                                  * 2) then the block layer has unplugged
4744                                  * the device, causing the dispatch to be
4745                                  * invoked.
4746                                  *
4747                                  * Since the device is unplugged, now the
4748                                  * requests are probably large enough to
4749                                  * provide a reasonable throughput.
4750                                  * So we disable idling.
4751                                  */
4752                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4753                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4754                         }
4755                         goto keep_queue;
4756                 }
4757         }
4758
4759         /*
4760          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4761          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4762          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4763          *
4764          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4765          * throughput and is possible.
4766          */
4767         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4768             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4769                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4770                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4771                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4772                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4773                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4774                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4775                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4776                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4777                                      struct bfq_queue,
4778                                      woken_list_node)
4779                         : NULL;
4780
4781                 /*
4782                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4783                  * whether to try injection, and choose the queue to
4784                  * pick an I/O request from.
4785                  *
4786                  * The first if checks whether the process associated
4787                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4788                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4789                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4790                  * process. On the contrary, it can only increase
4791                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4792                  *
4793                  * The second if checks whether there happens to be a
4794                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4795                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4796                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4797                  * a process that does some sync. A sync generates
4798                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4799                  * the process associated with bfqq can go on with its
4800                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4801                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4802                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4803                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4804                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4805                  * throughput. The best action to take is therefore to
4806                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4807                  * (without relying on the third alternative below for
4808                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4809                  * paragraph for further details). This systematic
4810                  * injection of I/O from the waker queue does not
4811                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4812                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4813                  * for it is not blocked for milliseconds.
4814                  *
4815                  * The third if checks whether there is a queue woken
4816                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4817                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4818                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4819                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4820                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4821                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4822                  *
4823                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4824                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4825                  * bfqq delivers more throughput when served without
4826                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4827                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4828                  * count more than overall throughput, and may be
4829                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4830                  * has a short think time). If none of these
4831                  * conditions holds, then a candidate queue for
4832                  * injection is looked for through
4833                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4834                  * latter may return NULL (for example if the inject
4835                  * limit for bfqq is currently 0).
4836                  *
4837                  * NOTE: motivation for the second alternative
4838                  *
4839                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4840                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4841                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4842                  * waker queue has pending I/O requests that are
4843                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4844                  * above lets the waker queue get served before the
4845                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4846                  * second alternative superfluous. It is not, because
4847                  * the fourth alternative may be way less effective in
4848                  * case of a synchronization. For two main
4849                  * reasons. First, throughput may be low because the
4850                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4851                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4852                  * other queues, that the second alternative
4853                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4854                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4855                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4856                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4857                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4858                  * may not be minimized, because the waker queue may
4859                  * happen to be served only after other queues.
4860                  */
4861                 if (async_bfqq &&
4862                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4863                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4864                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4865                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4866                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4867                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4868                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4869                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4870                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4871                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4872                         )
4873                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4874                 else if (blocked_bfqq &&
4875                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4876                            blocked_bfqq->next_rq &&
4877                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4878                                               blocked_bfqq) <=
4879                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4880                         )
4881                         bfqq = blocked_bfqq;
4882                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4883                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4884                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4885                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4886                 else
4887                         bfqq = NULL;
4888
4889                 goto keep_queue;
4890         }
4891
4892         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4893 expire:
4894         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4895 new_queue:
4896         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4897         if (bfqq) {
4898                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4899                 goto check_queue;
4900         }
4901 keep_queue:
4902         if (bfqq)
4903                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4904         else
4905                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4906
4907         return bfqq;
4908 }
4909
4910 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4911 {
4912         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4913
4914         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4915                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4916                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4917                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4918                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4919                         bfqq->wr_coeff,
4920                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4921
4922                 if (entity->prio_changed)
4923                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4924
4925                 /*
4926                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4927                  * time has elapsed from the beginning of this
4928                  * weight-raising period, then end weight raising.
4929                  */
4930                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4931                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4932                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4933                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4934                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4935                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4936                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4937                                 /*
4938                                  * Either in interactive weight
4939                                  * raising, or in soft_rt weight
4940                                  * raising with the
4941                                  * interactive-weight-raising period
4942                                  * elapsed (so no switch back to
4943                                  * interactive weight raising).
4944                                  */
4945                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4946                         } else { /*
4947                                   * soft_rt finishing while still in
4948                                   * interactive period, switch back to
4949                                   * interactive weight raising
4950                                   */
4951                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4952                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4953                         }
4954                 }
4955                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4956                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4957                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4958                         /* see comments on max_service_from_wr */
4959                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4960                 }
4961         }
4962         /*
4963          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4964          * update weight both if it must be raised and if it must be
4965          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4966          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4967          * next function with the last parameter unset (see the
4968          * comments on the function).
4969          */
4970         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4971                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4972                                                 entity, false);
4973 }
4974
4975 /*
4976  * Dispatch next request from bfqq.
4977  */
4978 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4979                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4980 {
4981         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4982         unsigned long service_to_charge;
4983
4984         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4985
4986         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4987
4988         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4989                 bfqd->wait_dispatch = false;
4990                 bfqd->waited_rq = rq;
4991         }
4992
4993         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4994
4995         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4996                 goto return_rq;
4997
4998         /*
4999          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5000          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5001          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5002          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5003          * weight-raised during this service slot, even if it has
5004          * received part or even most of the service as a
5005          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5006          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5007          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5008          */
5009         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5010
5011         /*
5012          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5013          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5014          * service.
5015          */
5016         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
5017                 goto return_rq;
5018
5019         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5020
5021 return_rq:
5022         return rq;
5023 }
5024
5025 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5026 {
5027         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5028
5029         /*
5030          * Avoiding lock: a race on bfqd->queued should cause at
5031          * most a call to dispatch for nothing
5032          */
5033         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5034                 READ_ONCE(bfqd->queued);
5035 }
5036
5037 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5038 {
5039         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5040         struct request *rq = NULL;
5041         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5042
5043         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5044                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5045                                       queuelist);
5046                 list_del_init(&rq->queuelist);
5047
5048                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5049
5050                 if (bfqq) {
5051                         /*
5052                          * Increment counters here, because this
5053                          * dispatch does not follow the standard
5054                          * dispatch flow (where counters are
5055                          * incremented)
5056                          */
5057                         bfqq->dispatched++;
5058
5059                         goto inc_in_driver_start_rq;
5060                 }
5061
5062                 /*
5063                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5064                  * decrement rq_in_driver, but
5065                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5066                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5067                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
5068                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
5069                  * lower than it should be while this request is in
5070                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5071                  * invoked uselessly.
5072                  *
5073                  * As for implementing an exact solution, the
5074                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5075                  * probably invoked also on this request. So, by
5076                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5077                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5078                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5079                  * let the value of the counter be always accurate,
5080                  * but it would entail using an extra interface
5081                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5082                  * being the frequency of non-elevator-private
5083                  * requests very low.
5084                  */
5085                 goto start_rq;
5086         }
5087
5088         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5089                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5090
5091         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5092                 goto exit;
5093
5094         /*
5095          * Force device to serve one request at a time if
5096          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5097          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5098          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5099          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5100          * some unlucky request wait for as long as the device
5101          * wishes.
5102          *
5103          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5104          * throughput.
5105          */
5106         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5107                 goto exit;
5108
5109         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5110         if (!bfqq)
5111                 goto exit;
5112
5113         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5114
5115         if (rq) {
5116 inc_in_driver_start_rq:
5117                 bfqd->rq_in_driver++;
5118 start_rq:
5119                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5120         }
5121 exit:
5122         return rq;
5123 }
5124
5125 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5126 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5127                                       struct request *rq,
5128                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5129                                       bool idle_timer_disabled)
5130 {
5131         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5132
5133         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5134                 return;
5135
5136         /*
5137          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5138          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5139          * dispatched to the device, and then can be completed and
5140          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5141          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5142          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5143          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5144          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5145          *
5146          * In addition, the following queue lock guarantees that
5147          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5148          */
5149         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5150         if (idle_timer_disabled)
5151                 /*
5152                  * Since the idle timer has been disabled,
5153                  * in_serv_queue contained some request when
5154                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5155                  * implies that rq was picked exactly from
5156                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5157                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5158                  * arguments.
5159                  */
5160                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5161         if (bfqq) {
5162                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5163
5164                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5165                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5166                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5167         }
5168         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5169 }
5170 #else
5171 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5172                                              struct request *rq,
5173                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5174                                              bool idle_timer_disabled) {}
5175 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5176
5177 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5178 {
5179         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5180         struct request *rq;
5181         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5182         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5183
5184         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5185
5186         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5187         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5188
5189         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5190         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5191                 idle_timer_disabled =
5192                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5193         }
5194
5195         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5196         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5197                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5198                                 idle_timer_disabled);
5199
5200         return rq;
5201 }
5202
5203 /*
5204  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5205  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5206  *
5207  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5208  * this function on it.
5209  */
5210 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5211 {
5212         struct bfq_queue *item;
5213         struct hlist_node *n;
5214         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5215
5216         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d", bfqq, bfqq->ref);
5217
5218         bfqq->ref--;
5219         if (bfqq->ref)
5220                 return;
5221
5222         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5223                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5224                 /*
5225                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5226                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5227                  * does not contribute to the burst any longer. This
5228                  * decrement helps filter out false positives of large
5229                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5230                  * the execution of commands by some service) happens
5231                  * to start and exit while a complex application is
5232                  * starting, and thus spawning several processes that
5233                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5234                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5235                  *
5236                  * In particular, the decrement is performed only if:
5237                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5238                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5239                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5240                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5241                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5242                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5243                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5244                  * the current burst list--without incrementing
5245                  * bust_size--because of a split, but the current
5246                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5247                  * (see comments on the case of a split in
5248                  * bfq_set_request).
5249                  */
5250                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5251                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5252         }
5253
5254         /*
5255          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5256          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5257          * must be removed from the woken list of its possible waker
5258          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5259          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5260          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5261          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5262          * particular, this happens when the last process associated
5263          * with bfqq exits or gets associated with a different
5264          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5265          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5266          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5267          * way to handle all cases.
5268          */
5269         /* remove bfqq from woken list */
5270         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5271                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5272
5273         /* reset waker for all queues in woken list */
5274         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5275                                   woken_list_node) {
5276                 item->waker_bfqq = NULL;
5277                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5278         }
5279
5280         if (bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5281                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5282
5283         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5284         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5285 }
5286
5287 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5288 {
5289         bfqq->stable_ref--;
5290         bfq_put_queue(bfqq);
5291 }
5292
5293 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5294 {
5295         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5296
5297         /*
5298          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5299          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5300          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5301          */
5302         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5303         while (__bfqq) {
5304                 if (__bfqq == bfqq)
5305                         break;
5306                 next = __bfqq->new_bfqq;
5307                 bfq_put_queue(__bfqq);
5308                 __bfqq = next;
5309         }
5310 }
5311
5312 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5313 {
5314         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5315                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5316                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5317         }
5318
5319         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5320
5321         bfq_put_cooperator(bfqq);
5322
5323         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5324 }
5325
5326 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5327 {
5328         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5329         struct bfq_data *bfqd;
5330
5331         if (bfqq)
5332                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5333
5334         if (bfqq && bfqd) {
5335                 unsigned long flags;
5336
5337                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5338                 bfqq->bic = NULL;
5339                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5340                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5341                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5342         }
5343 }
5344
5345 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5346 {
5347         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5348
5349         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5350                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5351
5352                 /*
5353                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5354                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5355                  */
5356                 if (bfqd) {
5357                         unsigned long flags;
5358
5359                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5360                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5361                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5362                 } else {
5363                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5364                 }
5365         }
5366
5367         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5368         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5369 }
5370
5371 /*
5372  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5373  * be used until the next (re)activation.
5374  */
5375 static void
5376 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5377 {
5378         struct task_struct *tsk = current;
5379         int ioprio_class;
5380         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5381
5382         if (!bfqd)
5383                 return;
5384
5385         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5386         switch (ioprio_class) {
5387         default:
5388                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5389                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5390                         ioprio_class);
5391                 fallthrough;
5392         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5393                 /*
5394                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5395                  */
5396                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5397                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5398                 break;
5399         case IOPRIO_CLASS_RT:
5400                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5401                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5402                 break;
5403         case IOPRIO_CLASS_BE:
5404                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5405                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5406                 break;
5407         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5408                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5409                 bfqq->new_ioprio = 7;
5410                 break;
5411         }
5412
5413         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5414                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5415                         bfqq->new_ioprio);
5416                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5417         }
5418
5419         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5420         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5421                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5422         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5423 }
5424
5425 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5426                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5427                                        struct bfq_io_cq *bic,
5428                                        bool respawn);
5429
5430 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5431 {
5432         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5433         struct bfq_queue *bfqq;
5434         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5435
5436         /*
5437          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5438          * drop the lock before returning.
5439          */
5440         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5441                 return;
5442
5443         bic->ioprio = ioprio;
5444
5445         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5446         if (bfqq) {
5447                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5448                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5449                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5450         }
5451
5452         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5453         if (bfqq)
5454                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5455 }
5456
5457 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5458                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5459 {
5460         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5461
5462         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5463         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5464         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5465         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5466         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5467
5468         bfqq->ref = 0;
5469         bfqq->bfqd = bfqd;
5470
5471         if (bic)
5472                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5473
5474         if (is_sync) {
5475                 /*
5476                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5477                  * idle_class, because no device idling is performed
5478                  * for queues in idle class
5479                  */
5480                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5481                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5482                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5483                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5484                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5485         } else
5486                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5487
5488         /* set end request to minus infinity from now */
5489         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5490
5491         bfqq->creation_time = jiffies;
5492
5493         bfqq->io_start_time = now_ns;
5494
5495         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5496
5497         bfqq->pid = pid;
5498
5499         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5500         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5501         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5502
5503         bfqq->wr_coeff = 1;
5504         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5505         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5506         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5507
5508         /*
5509          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5510          * process/queue in the recent past,
5511          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5512          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5513          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5514          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5515          * no bandwidth so far.
5516          */
5517         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5518
5519         /* first request is almost certainly seeky */
5520         bfqq->seek_history = 1;
5521 }
5522
5523 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5524                                                struct bfq_group *bfqg,
5525                                                int ioprio_class, int ioprio)
5526 {
5527         switch (ioprio_class) {
5528         case IOPRIO_CLASS_RT:
5529                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5530         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5531                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5532                 fallthrough;
5533         case IOPRIO_CLASS_BE:
5534                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5535         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5536                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5537         default:
5538                 return NULL;
5539         }
5540 }
5541
5542 static struct bfq_queue *
5543 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5544                           struct bfq_io_cq *bic,
5545                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5546 {
5547         struct bfq_queue *new_bfqq =
5548                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5549
5550         if (!new_bfqq)
5551                 return bfqq;
5552
5553         if (new_bfqq->bic)
5554                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5555         bic->stably_merged = true;
5556
5557         /*
5558          * Reusing merge functions. This implies that
5559          * bfqq->bic must be set too, for
5560          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5561          * state before killing it.
5562          */
5563         bfqq->bic = bic;
5564         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5565
5566         return new_bfqq;
5567 }
5568
5569 /*
5570  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5571  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5572  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5573  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5574  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5575  * remains temporarily empty.
5576  *
5577  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5578  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5579  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5580  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5581  * basing on the following two facts.
5582  *
5583  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5584  * contribute to the execution/completion of that common application
5585  * or task. So the performance figures that matter are total
5586  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5587  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5588  * of individual bandwidth or latency.
5589  *
5590  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5591  *
5592  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5593  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5594  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5595  * involved processes are.
5596  *
5597  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5598  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5599  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5600  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5601  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5602  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5603  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5604  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5605  *
5606  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5607  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5608  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5609  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5610  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5611  *
5612  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5613  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5614  */
5615 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5616                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5617                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5618 {
5619         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5620                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5621                 &bfqd->last_bfqq_created;
5622
5623         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5624
5625         /*
5626          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5627          * it has been set already, but too long ago, then move it
5628          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5629          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5630          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5631          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5632          * schedule a delayed stable merge.
5633          *
5634          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5635          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5636          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5637          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5638          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5639          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5640          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5641          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5642          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5643          */
5644         if (!last_bfqq_created ||
5645             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5646                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5647                         bfqq->creation_time) ||
5648                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5649                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5650                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5651                 *source_bfqq = bfqq;
5652         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5653                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5654                                  bfqq->creation_time)) {
5655                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5656                         /*
5657                          * With this type of drive, leaving
5658                          * bfqq alone may provide no
5659                          * throughput benefits compared with
5660                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5661                          */
5662                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5663                                                          bic,
5664                                                          last_bfqq_created);
5665                 else { /* schedule tentative stable merge */
5666                         /*
5667                          * get reference on last_bfqq_created,
5668                          * to prevent it from being freed,
5669                          * until we decide whether to merge
5670                          */
5671                         last_bfqq_created->ref++;
5672                         /*
5673                          * need to keep track of stable refs, to
5674                          * compute process refs correctly
5675                          */
5676                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5677                         /*
5678                          * Record the bfqq to merge to.
5679                          */
5680                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5681                 }
5682         }
5683
5684         return bfqq;
5685 }
5686
5687
5688 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5689                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5690                                        struct bfq_io_cq *bic,
5691                                        bool respawn)
5692 {
5693         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5694         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5695         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5696         struct bfq_queue *bfqq;
5697         struct bfq_group *bfqg;
5698
5699         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5700         if (!is_sync) {
5701                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5702                                                   ioprio);
5703                 bfqq = *async_bfqq;
5704                 if (bfqq)
5705                         goto out;
5706         }
5707
5708         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5709                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5710                                      bfqd->queue->node);
5711
5712         if (bfqq) {
5713                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5714                               is_sync);
5715                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5716                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5717         } else {
5718                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5719                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5720                 goto out;
5721         }
5722
5723         /*
5724          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5725          * prune it.
5726          */
5727         if (async_bfqq) {
5728                 bfqq->ref++; /*
5729                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5730                               * queue. This extra reference is removed
5731                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5732                               * guarantee that this queue is not freed
5733                               * until its group goes away.
5734                               */
5735                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5736                              bfqq, bfqq->ref);
5737                 *async_bfqq = bfqq;
5738         }
5739
5740 out:
5741         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5742
5743         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5744                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5745         return bfqq;
5746 }
5747
5748 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5749                                     struct bfq_queue *bfqq)
5750 {
5751         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5752         u64 elapsed;
5753
5754         /*
5755          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5756          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5757          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5758          */
5759         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5760                 return;
5761         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5762         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5763
5764         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5765         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5766         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5767                                      ttime->ttime_samples);
5768 }
5769
5770 static void
5771 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5772                        struct request *rq)
5773 {
5774         bfqq->seek_history <<= 1;
5775         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5776
5777         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5778             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5779             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5780                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5781                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5782                         /*
5783                          * In soft_rt weight raising with the
5784                          * interactive-weight-raising period
5785                          * elapsed (so no switch back to
5786                          * interactive weight raising).
5787                          */
5788                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5789                 } else { /*
5790                           * stopping soft_rt weight raising
5791                           * while still in interactive period,
5792                           * switch back to interactive weight
5793                           * raising
5794                           */
5795                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5796                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5797                 }
5798         }
5799 }
5800
5801 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5802                                        struct bfq_queue *bfqq,
5803                                        struct bfq_io_cq *bic)
5804 {
5805         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5806
5807         /*
5808          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5809          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5810          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5811          */
5812         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5813             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5814                 return;
5815
5816         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5817         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5818                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5819                 return;
5820
5821         /* Think time is infinite if no process is linked to
5822          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5823          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5824          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5825          */
5826         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5827             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5828              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5829                 has_short_ttime = false;
5830
5831         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5832
5833         if (has_short_ttime)
5834                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5835         else
5836                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5837
5838         /*
5839          * Until the base value for the total service time gets
5840          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5841          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5842          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5843          * short or long (details in the comments in
5844          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5845          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5846          * has changed and the above base value is still to be
5847          * computed.
5848          *
5849          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5850          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5851          * (inclusive) if the change is from short to long think
5852          * time. The reason for this waiting is as follows.
5853          *
5854          * bfqq may have a long think time because of a
5855          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5856          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5857          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5858          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5859          *
5860          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5861          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5862          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5863          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5864          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5865          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5866          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5867          * and in a severe loss of total throughput.
5868          *
5869          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5870          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5871          * bfqq to receive new I/O soon.
5872          *
5873          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5874          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5875          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5876          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5877          * would cause the body of the next if to be executed
5878          * immediately. But this would set to 0 the inject
5879          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5880          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5881          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5882          * of such a steady oscillation between the two think-time
5883          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5884          *
5885          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5886          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5887          * think time samples can grow significantly before the reset
5888          * is performed. As a consequence, the think time state can
5889          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5890          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5891          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5892          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5893          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5894          *
5895          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5896          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5897          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5898          * (as explained in the comments in
5899          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5900          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5901          * an effective handling of a synchronization, through
5902          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5903          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5904          * brought forward, because it is not blocked for
5905          * milliseconds.
5906          *
5907          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5908          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5909          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5910          * waker queue is defined in the comments in
5911          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5912          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5913          * of the waker queue unconditionally on every
5914          * bfq_dispatch_request().
5915          *
5916          * One last, important benefit of not resetting the inject
5917          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5918          * base value for the total service time is likely to get
5919          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5920          * its relation with the think time.
5921          */
5922         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5923             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5924                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5925              !has_short_ttime))
5926                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5927 }
5928
5929 /*
5930  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5931  * something we should do about it.
5932  */
5933 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5934                             struct request *rq)
5935 {
5936         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5937                 bfqq->meta_pending++;
5938
5939         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5940
5941         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5942                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5943                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5944                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5945
5946                 /*
5947                  * There is just this request queued: if
5948                  * - the request is small, and
5949                  * - we are idling to boost throughput, and
5950                  * - the queue is not to be expired,
5951                  * then just exit.
5952                  *
5953                  * In this way, if the device is being idled to wait
5954                  * for a new request from the in-service queue, we
5955                  * avoid unplugging the device and committing the
5956                  * device to serve just a small request. In contrast
5957                  * we wait for the block layer to decide when to
5958                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5959                  * merged to this one quickly, then the device will be
5960                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5961                  */
5962                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5963                     !budget_timeout)
5964                         return;
5965
5966                 /*
5967                  * A large enough request arrived, or idling is being
5968                  * performed to preserve service guarantees, or
5969                  * finally the queue is to be expired: in all these
5970                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5971                  * wait_request flag and reset timer.
5972                  */
5973                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5974                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5975
5976                 /*
5977                  * The queue is not empty, because a new request just
5978                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5979                  * case of budget timeout, without risking that the
5980                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5981                  * See [1] for more details.
5982                  */
5983                 if (budget_timeout)
5984                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5985                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5986         }
5987 }
5988
5989 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
5990 {
5991         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
5992
5993         for_each_entity(entity)
5994                 entity->allocated++;
5995 }
5996
5997 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
5998 {
5999         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6000
6001         for_each_entity(entity)
6002                 entity->allocated--;
6003 }
6004
6005 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6006 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6007 {
6008         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6009                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6010                                                  RQ_BIC(rq));
6011         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6012
6013         if (new_bfqq) {
6014                 /*
6015                  * Release the request's reference to the old bfqq
6016                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6017                  */
6018                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6019                 bfqq_request_freed(bfqq);
6020                 new_bfqq->ref++;
6021                 /*
6022                  * If the bic associated with the process
6023                  * issuing this request still points to bfqq
6024                  * (and thus has not been already redirected
6025                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6026                  * then complete the merge and redirect it to
6027                  * new_bfqq.
6028                  */
6029                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
6030                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6031                                         bfqq, new_bfqq);
6032
6033                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6034                 /*
6035                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6036                  * release rq reference on bfqq
6037                  */
6038                 bfq_put_queue(bfqq);
6039                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6040                 bfqq = new_bfqq;
6041         }
6042
6043         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6044         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6045         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6046
6047         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6048         bfq_add_request(rq);
6049         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6050
6051         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6052         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6053
6054         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6055
6056         return idle_timer_disabled;
6057 }
6058
6059 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6060 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6061                                     struct bfq_queue *bfqq,
6062                                     bool idle_timer_disabled,
6063                                     blk_opf_t cmd_flags)
6064 {
6065         if (!bfqq)
6066                 return;
6067
6068         /*
6069          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6070          * either it is merged with another queue, or the process it
6071          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6072          * the same process currently executing this flow of
6073          * instructions.
6074          *
6075          * In addition, the following queue lock guarantees that
6076          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6077          */
6078         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6079         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6080         if (idle_timer_disabled)
6081                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6082         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6083 }
6084 #else
6085 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6086                                            struct bfq_queue *bfqq,
6087                                            bool idle_timer_disabled,
6088                                            blk_opf_t cmd_flags) {}
6089 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6090
6091 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
6092
6093 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6094                                bool at_head)
6095 {
6096         struct request_queue *q = hctx->queue;
6097         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6098         struct bfq_queue *bfqq;
6099         bool idle_timer_disabled = false;
6100         blk_opf_t cmd_flags;
6101         LIST_HEAD(free);
6102
6103 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6104         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6105                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6106 #endif
6107         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6108         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6109         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6110                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6111                 blk_mq_free_requests(&free);
6112                 return;
6113         }
6114
6115         trace_block_rq_insert(rq);
6116
6117         if (!bfqq || at_head) {
6118                 if (at_head)
6119                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6120                 else
6121                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6122         } else {
6123                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6124                 /*
6125                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6126                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6127                  * redirected into a new queue.
6128                  */
6129                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6130
6131                 if (rq_mergeable(rq)) {
6132                         elv_rqhash_add(q, rq);
6133                         if (!q->last_merge)
6134                                 q->last_merge = rq;
6135                 }
6136         }
6137
6138         /*
6139          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6140          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6141          * merge).
6142          */
6143         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6144         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6145
6146         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6147                                 cmd_flags);
6148 }
6149
6150 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6151                                 struct list_head *list, bool at_head)
6152 {
6153         while (!list_empty(list)) {
6154                 struct request *rq;
6155
6156                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6157                 list_del_init(&rq->queuelist);
6158                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6159         }
6160 }
6161
6162 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6163 {
6164         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6165
6166         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6167                                        bfqd->rq_in_driver);
6168
6169         if (bfqd->hw_tag == 1)
6170                 return;
6171
6172         /*
6173          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6174          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6175          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6176          * requests.
6177          */
6178         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6179                 return;
6180
6181         /*
6182          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6183          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6184          * case
6185          */
6186         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6187             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6188             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6189             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6190                 return;
6191
6192         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6193                 return;
6194
6195         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6196         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6197         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6198
6199         bfqd->nonrot_with_queueing =
6200                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6201 }
6202
6203 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6204 {
6205         u64 now_ns;
6206         u32 delta_us;
6207
6208         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6209
6210         bfqd->rq_in_driver--;
6211         bfqq->dispatched--;
6212
6213         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6214                 /*
6215                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6216                  * time at which the queue remains with no backlog and
6217                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6218                  * mechanism).
6219                  */
6220                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6221
6222                 bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(bfqq);
6223                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6224         }
6225
6226         now_ns = ktime_get_ns();
6227
6228         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6229
6230         /*
6231          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6232          * computing rate in next check.
6233          */
6234         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6235
6236         /*
6237          * If the request took rather long to complete, and, according
6238          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6239          * implies that the request was certainly served at a very low
6240          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6241          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6242          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6243          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6244          * taken:
6245          * - close the observation interval at the last (previous)
6246          *   request dispatch or completion
6247          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6248          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6249          *   re-initialization of the observation interval on next
6250          *   dispatch
6251          */
6252         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6253            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6254                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6255                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6256         bfqd->last_completion = now_ns;
6257         /*
6258          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6259          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6260          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6261          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6262          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6263          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6264          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6265          */
6266         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6267                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6268         else
6269                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6270
6271         /*
6272          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6273          * of the task associated with the queue is actually
6274          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6275          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6276          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6277          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6278          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6279          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6280          * expires, if it still has in-flight requests.
6281          */
6282         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6283             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6284             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6285                 bfqq->soft_rt_next_start =
6286                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6287
6288         /*
6289          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6290          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6291          */
6292         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6293                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6294                         if (bfqq->dispatched == 0)
6295                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6296                         /*
6297                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6298                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6299                          * more requests (as controlled in the next
6300                          * conditional instructions). The reason for
6301                          * not expiring bfqq is as follows.
6302                          *
6303                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6304                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6305                          * implies that, even if no request arrives
6306                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6307                          * bfqq will, however, not be expired on the
6308                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6309                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6310                          * bfqq will start enjoying device idling
6311                          * (I/O-dispatch plugging).
6312                          *
6313                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6314                          * not have the chance to enjoy device idling
6315                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6316                          * zero. This would expose bfqq to violation
6317                          * of its reserved service guarantees.
6318                          */
6319                         return;
6320                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6321                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6322                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6323                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6324                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6325                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6326                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6327                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6328         }
6329
6330         if (!bfqd->rq_in_driver)
6331                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6332 }
6333
6334 /*
6335  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6336  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6337  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6338  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6339  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6340  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6341  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6342  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6343  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6344  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6345  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6346  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6347  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6348  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6349  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6350  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6351  * of I/O flowing through bfqq.
6352  *
6353  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6354  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6355  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6356  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6357  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6358  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6359  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6360  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6361  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6362  * completed---remains lower than this limit.
6363  *
6364  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6365  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6366  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6367  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6368  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6369  * injection on the service times of only the first requests of
6370  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6371  * requests whose service time is affected most, because they are the
6372  * first to arrive after injection possibly occurred.
6373  *
6374  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6375  * "total service time" of first requests. We define as total service
6376  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6377  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6378  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6379  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6380  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6381  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6382  * part of the injected requests during the service hole, then,
6383  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6384  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6385  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6386  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6387  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6388  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6389  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6390  * requests with and without injection.
6391  *
6392  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6393  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6394  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6395  * case, it updates the limit as described below:
6396  *
6397  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6398  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6399  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6400  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6401  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6402  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6403  *     than the previous value.
6404  *
6405  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6406  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6407  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6408  *     current value of the limit is inflating the total service
6409  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6410  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6411  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6412  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6413  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6414  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6415  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6416  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6417  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6418  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6419  *
6420  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6421  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6422  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6423  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6424  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6425  *     it again without injection. A more effective version of this
6426  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6427  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6428  *     the total service time with the current limit does happen to be
6429  *     too large.
6430  *
6431  * More details on each step are provided in the comments on the
6432  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6433  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6434  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6435  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6436  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6437  */
6438 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6439                                     struct bfq_queue *bfqq)
6440 {
6441         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6442         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6443
6444         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6445                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6446
6447                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6448                         bfqq->inject_limit--;
6449                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6450                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6451                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6452                         bfqq->inject_limit++;
6453         }
6454
6455         /*
6456          * Either we still have to compute the base value for the
6457          * total service time, and there seem to be the right
6458          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6459          * computed.
6460          *
6461          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6462          * request in flight, because this function is in the code
6463          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6464          * in particular, this function is executed before
6465          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6466          */
6467         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6468             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6469                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6470                         /*
6471                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6472                          * start trying injection.
6473                          */
6474                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6475                 }
6476                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6477         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6478                 /*
6479                  * No I/O injected and no request still in service in
6480                  * the drive: these are the exact conditions for
6481                  * computing the base value of the total service time
6482                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6483                  * rather variable. For example, it varies if the size
6484                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6485                  * change.
6486                  */
6487                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6488
6489
6490         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6491         bfqd->waited_rq = NULL;
6492         bfqd->rqs_injected = false;
6493 }
6494
6495 /*
6496  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6497  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6498  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6499  * the scheduler.
6500  */
6501 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6502 {
6503         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6504         struct bfq_data *bfqd;
6505         unsigned long flags;
6506
6507         /*
6508          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6509          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6510          * a bfq_queue.
6511          */
6512         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6513                 return;
6514
6515         bfqd = bfqq->bfqd;
6516
6517         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6518                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6519                                              rq->start_time_ns,
6520                                              rq->io_start_time_ns,
6521                                              rq->cmd_flags);
6522
6523         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6524         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6525                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6526                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6527
6528                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6529         }
6530         bfqq_request_freed(bfqq);
6531         bfq_put_queue(bfqq);
6532         RQ_BIC(rq)->requests--;
6533         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6534
6535         /*
6536          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6537          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6538          * invoked again on this same request (see the check at the
6539          * beginning of the function). Probably, a better general
6540          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6541          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6542          * referred by that elevator.
6543          *
6544          * Resetting the following fields would break the
6545          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6546          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6547          * that re-insertions of requeued requests, without
6548          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6549          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6550          * queues).
6551          */
6552         rq->elv.priv[0] = NULL;
6553         rq->elv.priv[1] = NULL;
6554 }
6555
6556 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6557 {
6558         bfq_finish_requeue_request(rq);
6559
6560         if (rq->elv.icq) {
6561                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6562                 rq->elv.icq = NULL;
6563         }
6564 }
6565
6566 /*
6567  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6568  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6569  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6570  * was the last process referring to that bfqq.
6571  */
6572 static struct bfq_queue *
6573 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6574 {
6575         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6576
6577         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6578                 bfqq->pid = current->pid;
6579                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6580                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6581                 return bfqq;
6582         }
6583
6584         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6585
6586         bfq_put_cooperator(bfqq);
6587
6588         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6589         return NULL;
6590 }
6591
6592 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6593                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6594                                                    struct bio *bio,
6595                                                    bool split, bool is_sync,
6596                                                    bool *new_queue)
6597 {
6598         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6599
6600         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6601                 return bfqq;
6602
6603         if (new_queue)
6604                 *new_queue = true;
6605
6606         if (bfqq)
6607                 bfq_put_queue(bfqq);
6608         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6609
6610         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6611         if (split && is_sync) {
6612                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6613                     bic->saved_in_large_burst)
6614                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6615                 else {
6616                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6617                         if (bic->was_in_burst_list)
6618                                 /*
6619                                  * If bfqq was in the current
6620                                  * burst list before being
6621                                  * merged, then we have to add
6622                                  * it back. And we do not need
6623                                  * to increase burst_size, as
6624                                  * we did not decrement
6625                                  * burst_size when we removed
6626                                  * bfqq from the burst list as
6627                                  * a consequence of a merge
6628                                  * (see comments in
6629                                  * bfq_put_queue). In this
6630                                  * respect, it would be rather
6631                                  * costly to know whether the
6632                                  * current burst list is still
6633                                  * the same burst list from
6634                                  * which bfqq was removed on
6635                                  * the merge. To avoid this
6636                                  * cost, if bfqq was in a
6637                                  * burst list, then we add
6638                                  * bfqq to the current burst
6639                                  * list without any further
6640                                  * check. This can cause
6641                                  * inappropriate insertions,
6642                                  * but rarely enough to not
6643                                  * harm the detection of large
6644                                  * bursts significantly.
6645                                  */
6646                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6647                                                &bfqd->burst_list);
6648                 }
6649                 bfqq->split_time = jiffies;
6650         }
6651
6652         return bfqq;
6653 }
6654
6655 /*
6656  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6657  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6658  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6659  * preparation.
6660  */
6661 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6662 {
6663         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6664
6665         /*
6666          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6667          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6668          * previously allocated bic/bfqq structs.
6669          */
6670         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6671 }
6672
6673 /*
6674  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6675  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6676  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6677  * not associated with any bfq_queue.
6678  *
6679  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6680  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6681  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6682  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6683  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6684  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6685  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6686  * signal this transformation. As a consequence, should these
6687  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6688  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6689  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6690  * incremented some queue counters for an rq destined to
6691  * transformation, without any chance to correctly lower these
6692  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6693  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6694  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6695  */
6696 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6697 {
6698         struct request_queue *q = rq->q;
6699         struct bio *bio = rq->bio;
6700         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6701         struct bfq_io_cq *bic;
6702         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6703         struct bfq_queue *bfqq;
6704         bool new_queue = false;
6705         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6706
6707         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6708                 return NULL;
6709
6710         /*
6711          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6712          * for this rq. This holds true, because this function is
6713          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6714          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6715          * being removed from bfq.
6716          */
6717         if (rq->elv.priv[1])
6718                 return rq->elv.priv[1];
6719
6720         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6721
6722         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6723
6724         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6725
6726         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6727                                          &new_queue);
6728
6729         if (likely(!new_queue)) {
6730                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6731                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6732                         !bic->stably_merged) {
6733                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6734
6735                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6736                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6737                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6738
6739                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6740                         split = true;
6741
6742                         if (!bfqq) {
6743                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6744                                                                  true, is_sync,
6745                                                                  NULL);
6746                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6747                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6748
6749                                 /*
6750                                  * If the waker queue disappears, then
6751                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6752                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6753                                  * woken_list of the waker. See
6754                                  * bfq_check_waker for details.
6755                                  */
6756                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6757                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6758                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6759                         } else
6760                                 bfqq_already_existing = true;
6761                 }
6762         }
6763
6764         bfqq_request_allocated(bfqq);
6765         bfqq->ref++;
6766         bic->requests++;
6767         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6768                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6769
6770         rq->elv.priv[0] = bic;
6771         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6772
6773         /*
6774          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6775          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6776          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6777          * resume its state.
6778          */
6779         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6780                 bfqq->bic = bic;
6781                 if (split) {
6782                         /*
6783                          * The queue has just been split from a shared
6784                          * queue: restore the idle window and the
6785                          * possible weight raising period.
6786                          */
6787                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6788                                               bfqq_already_existing);
6789                 }
6790         }
6791
6792         /*
6793          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6794          * created queues only if:
6795          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6796          * or
6797          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6798          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6799          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6800          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6801          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6802          *    bfq_handle_burst().
6803          *
6804          * This filtering also helps eliminating false positives,
6805          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6806          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6807          * to trigger the creation of new queues very close to when
6808          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6809          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6810          * this issue.
6811          */
6812         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6813                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6814                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6815                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6816
6817         return bfqq;
6818 }
6819
6820 static void
6821 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6822 {
6823         enum bfqq_expiration reason;
6824         unsigned long flags;
6825
6826         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6827
6828         /*
6829          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6830          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6831          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6832          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6833          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6834          */
6835         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6836                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6837                 return;
6838         }
6839
6840         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6841
6842         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6843                 /*
6844                  * Also here the queue can be safely expired
6845                  * for budget timeout without wasting
6846                  * guarantees
6847                  */
6848                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6849         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6850                 /*
6851                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6852                  * because we may not disable the timer when the
6853                  * first request of the in-service queue arrives
6854                  * during disk idling.
6855                  */
6856                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6857         else
6858                 goto schedule_dispatch;
6859
6860         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6861
6862 schedule_dispatch:
6863         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6864         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6865 }
6866
6867 /*
6868  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6869  * is idling inside its time slice.
6870  */
6871 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6872 {
6873         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6874                                              idle_slice_timer);
6875         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6876
6877         /*
6878          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6879          * different from the queue that was idling if a new request
6880          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6881          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6882          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6883          * early.
6884          */
6885         if (bfqq)
6886                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6887
6888         return HRTIMER_NORESTART;
6889 }
6890
6891 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6892                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6893 {
6894         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6895
6896         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6897         if (bfqq) {
6898                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6899
6900                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6901                              bfqq, bfqq->ref);
6902                 bfq_put_queue(bfqq);
6903                 *bfqq_ptr = NULL;
6904         }
6905 }
6906
6907 /*
6908  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6909  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6910  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6911  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6912  */
6913 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6914 {
6915         int i, j;
6916
6917         for (i = 0; i < 2; i++)
6918                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6919                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6920
6921         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6922 }
6923
6924 /*
6925  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6926  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6927  */
6928 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
6929 {
6930         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
6931
6932         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
6933         /*
6934          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6935          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6936          *
6937          * In next formulas, right-shift the value
6938          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6939          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6940          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6941          * limit 'something'.
6942          */
6943         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6944         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
6945         /*
6946          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6947          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6948          * writes)
6949          */
6950         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
6951
6952         /*
6953          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6954          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6955          * highest percentage for which, in our tests, application
6956          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6957          * shortage.
6958          */
6959         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6960         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
6961         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6962         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
6963 }
6964
6965 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6966 {
6967         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6968         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6969
6970         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6971         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
6972 }
6973
6974 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6975 {
6976         bfq_depth_updated(hctx);
6977         return 0;
6978 }
6979
6980 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6981 {
6982         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6983         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6984
6985         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6986
6987         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6988         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6989                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6990         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6991
6992         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6993
6994         /* release oom-queue reference to root group */
6995         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6996
6997 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6998         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6999 #else
7000         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7001         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7002         kfree(bfqd->root_group);
7003         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7004 #endif
7005
7006         blk_stat_disable_accounting(bfqd->queue);
7007         clear_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &e->flags);
7008         wbt_enable_default(bfqd->queue);
7009
7010         kfree(bfqd);
7011 }
7012
7013 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7014                                 struct bfq_data *bfqd)
7015 {
7016         int i;
7017
7018 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7019         root_group->entity.parent = NULL;
7020         root_group->my_entity = NULL;
7021         root_group->bfqd = bfqd;
7022 #endif
7023         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7024         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7025                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7026         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7027 }
7028
7029 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7030 {
7031         struct bfq_data *bfqd;
7032         struct elevator_queue *eq;
7033
7034         eq = elevator_alloc(q, e);
7035         if (!eq)
7036                 return -ENOMEM;
7037
7038         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7039         if (!bfqd) {
7040                 kobject_put(&eq->kobj);
7041                 return -ENOMEM;
7042         }
7043         eq->elevator_data = bfqd;
7044
7045         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7046         q->elevator = eq;
7047         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7048
7049         /*
7050          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7051          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7052          * will not attempt to free it.
7053          */
7054         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
7055         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7056         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7057         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7058         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7059                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7060
7061         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7062         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7063
7064         /*
7065          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7066          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7067          * class won't be changed any more.
7068          */
7069         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7070
7071         bfqd->queue = q;
7072
7073         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7074
7075         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7076                      HRTIMER_MODE_REL);
7077         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7078
7079         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7080         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7081
7082         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7083         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7084         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7085
7086         bfqd->hw_tag = -1;
7087         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7088
7089         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7090
7091         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7092         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7093         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7094         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7095         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7096         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7097
7098         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7099         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7100
7101         bfqd->low_latency = true;
7102
7103         /*
7104          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7105          */
7106         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7107         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7108         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7109         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7110         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7111         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7112                                               * Approximate rate required
7113                                               * to playback or record a
7114                                               * high-definition compressed
7115                                               * video.
7116                                               */
7117         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7118
7119         /*
7120          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7121          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7122          */
7123         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7124                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7125         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7126
7127         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7128
7129         /*
7130          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7131          * function is the head of a chain of function calls
7132          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7133          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7134          * has_work hook function. For this reason,
7135          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7136          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7137          * that can be initialized only after invoking
7138          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7139          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7140          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7141          * from invoking further scheduler hooks before this init
7142          * function is finished.
7143          */
7144         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7145         if (!bfqd->root_group)
7146                 goto out_free;
7147         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7148         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7149
7150         /* We dispatch from request queue wide instead of hw queue */
7151         blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_SQ_SCHED, q);
7152
7153         set_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &eq->flags);
7154         wbt_disable_default(q);
7155         blk_stat_enable_accounting(q);
7156
7157         return 0;
7158
7159 out_free:
7160         kfree(bfqd);
7161         kobject_put(&eq->kobj);
7162         return -ENOMEM;
7163 }
7164
7165 static void bfq_slab_kill(void)
7166 {
7167         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7168 }
7169
7170 static int __init bfq_slab_setup(void)
7171 {
7172         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7173         if (!bfq_pool)
7174                 return -ENOMEM;
7175         return 0;
7176 }
7177
7178 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7179 {
7180         return sprintf(page, "%u\n", var);
7181 }
7182
7183 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7184 {
7185         unsigned long new_val;
7186         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7187
7188         if (ret)
7189                 return ret;
7190         *var = new_val;
7191         return 0;
7192 }
7193
7194 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7195 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7196 {                                                                       \
7197         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7198         u64 __data = __VAR;                                             \
7199         if (__CONV == 1)                                                \
7200                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7201         else if (__CONV == 2)                                           \
7202                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7203         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7204 }
7205 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7206 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7207 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7208 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7209 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7210 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7211 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7212 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7213 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7214 #undef SHOW_FUNCTION
7215
7216 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7217 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7218 {                                                                       \
7219         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7220         u64 __data = __VAR;                                             \
7221         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7222         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7223 }
7224 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7225 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7226
7227 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7228 static ssize_t                                                          \
7229 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7230 {                                                                       \
7231         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7232         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7233         int ret;                                                        \
7234                                                                         \
7235         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7236         if (ret)                                                        \
7237                 return ret;                                             \
7238         if (__data < __min)                                             \
7239                 __data = __min;                                         \
7240         else if (__data > __max)                                        \
7241                 __data = __max;                                         \
7242         if (__CONV == 1)                                                \
7243                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7244         else if (__CONV == 2)                                           \
7245                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7246         else                                                            \
7247                 *(__PTR) = __data;                                      \
7248         return count;                                                   \
7249 }
7250 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7251                 INT_MAX, 2);
7252 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7253                 INT_MAX, 2);
7254 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7255 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7256                 INT_MAX, 0);
7257 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7258 #undef STORE_FUNCTION
7259
7260 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7261 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7262 {                                                                       \
7263         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7264         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7265         int ret;                                                        \
7266                                                                         \
7267         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7268         if (ret)                                                        \
7269                 return ret;                                             \
7270         if (__data < __min)                                             \
7271                 __data = __min;                                         \
7272         else if (__data > __max)                                        \
7273                 __data = __max;                                         \
7274         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7275         return count;                                                   \
7276 }
7277 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7278                     UINT_MAX);
7279 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7280
7281 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7282                                     const char *page, size_t count)
7283 {
7284         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7285         unsigned long __data;
7286         int ret;
7287
7288         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7289         if (ret)
7290                 return ret;
7291
7292         if (__data == 0)
7293                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7294         else {
7295                 if (__data > INT_MAX)
7296                         __data = INT_MAX;
7297                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7298         }
7299
7300         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7301
7302         return count;
7303 }
7304
7305 /*
7306  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7307  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7308  */
7309 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7310                                       const char *page, size_t count)
7311 {
7312         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7313         unsigned long __data;
7314         int ret;
7315
7316         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7317         if (ret)
7318                 return ret;
7319
7320         if (__data < 1)
7321                 __data = 1;
7322         else if (__data > INT_MAX)
7323                 __data = INT_MAX;
7324
7325         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7326         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7327                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7328
7329         return count;
7330 }
7331
7332 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7333                                      const char *page, size_t count)
7334 {
7335         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7336         unsigned long __data;
7337         int ret;
7338
7339         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7340         if (ret)
7341                 return ret;
7342
7343         if (__data > 1)
7344                 __data = 1;
7345         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7346             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7347                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7348
7349         bfqd->strict_guarantees = __data;
7350
7351         return count;
7352 }
7353
7354 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7355                                      const char *page, size_t count)
7356 {
7357         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7358         unsigned long __data;
7359         int ret;
7360
7361         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7362         if (ret)
7363                 return ret;
7364
7365         if (__data > 1)
7366                 __data = 1;
7367         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7368                 bfq_end_wr(bfqd);
7369         bfqd->low_latency = __data;
7370
7371         return count;
7372 }
7373
7374 #define BFQ_ATTR(name) \
7375         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7376
7377 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7378         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7379         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7380         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7381         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7382         BFQ_ATTR(slice_idle),
7383         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7384         BFQ_ATTR(max_budget),
7385         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7386         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7387         BFQ_ATTR(low_latency),
7388         __ATTR_NULL
7389 };
7390
7391 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7392         .ops = {
7393                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7394                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7395                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7396                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7397                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7398                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7399                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7400                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7401                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7402                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7403                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7404                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7405                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7406                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7407                 .has_work               = bfq_has_work,
7408                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7409                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7410                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7411                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7412         },
7413
7414         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7415         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7416         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7417         .elevator_name =        "bfq",
7418         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7419 };
7420 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7421
7422 static int __init bfq_init(void)
7423 {
7424         int ret;
7425
7426 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7427         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7428         if (ret)
7429                 return ret;
7430 #endif
7431
7432         ret = -ENOMEM;
7433         if (bfq_slab_setup())
7434                 goto err_pol_unreg;
7435
7436         /*
7437          * Times to load large popular applications for the typical
7438          * systems installed on the reference devices (see the
7439          * comments before the definition of the next
7440          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7441          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7442          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7443          * are computed over much shorter time intervals than the long
7444          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7445          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7446          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7447          * be run for a long time.
7448          */
7449         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7450         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7451
7452         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7453         if (ret)
7454                 goto slab_kill;
7455
7456         return 0;
7457
7458 slab_kill:
7459         bfq_slab_kill();
7460 err_pol_unreg:
7461 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7462         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7463 #endif
7464         return ret;
7465 }
7466
7467 static void __exit bfq_exit(void)
7468 {
7469         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7470 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7471         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7472 #endif
7473         bfq_slab_kill();
7474 }
7475
7476 module_init(bfq_init);
7477 module_exit(bfq_exit);
7478
7479 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7480 MODULE_LICENSE("GPL");
7481 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");