arm: use fallback for random_get_entropy() instead of zero
[linux-2.6-microblaze.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)              icq_to_bic((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         if (bfqd->queued != 0) {
460                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
461                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
462         }
463 }
464
465 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
466
467 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
468
469 /*
470  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
471  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
472  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
473  */
474 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
475                                       struct request *rq1,
476                                       struct request *rq2,
477                                       sector_t last)
478 {
479         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
480         unsigned long back_max;
481 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
482 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
483         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
484
485         if (!rq1 || rq1 == rq2)
486                 return rq2;
487         if (!rq2)
488                 return rq1;
489
490         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
491                 return rq1;
492         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
493                 return rq2;
494         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
495                 return rq1;
496         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
497                 return rq2;
498
499         s1 = blk_rq_pos(rq1);
500         s2 = blk_rq_pos(rq2);
501
502         /*
503          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
504          */
505         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
506
507         /*
508          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
509          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
510          * similar forward seek.
511          */
512         if (s1 >= last)
513                 d1 = s1 - last;
514         else if (s1 + back_max >= last)
515                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
516         else
517                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
518
519         if (s2 >= last)
520                 d2 = s2 - last;
521         else if (s2 + back_max >= last)
522                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
523         else
524                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
525
526         /* Found required data */
527
528         /*
529          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
530          * check two variables for all permutations: --> faster!
531          */
532         switch (wrap) {
533         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
534                 if (d1 < d2)
535                         return rq1;
536                 else if (d2 < d1)
537                         return rq2;
538
539                 if (s1 >= s2)
540                         return rq1;
541                 else
542                         return rq2;
543
544         case BFQ_RQ2_WRAP:
545                 return rq1;
546         case BFQ_RQ1_WRAP:
547                 return rq2;
548         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
549         default:
550                 /*
551                  * Since both rqs are wrapped,
552                  * start with the one that's further behind head
553                  * (--> only *one* back seek required),
554                  * since back seek takes more time than forward.
555                  */
556                 if (s1 <= s2)
557                         return rq1;
558                 else
559                         return rq2;
560         }
561 }
562
563 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
564
565 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
566 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
567 {
568         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
569         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
570         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
571         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
572         int depth, level, alloc_depth = BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH;
573         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
574         struct bfq_sched_data *sched_data;
575         unsigned long wsum;
576         bool ret = false;
577
578         if (!entity->on_st_or_in_serv)
579                 return false;
580
581 retry:
582         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
583         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
584         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
585         if (depth > alloc_depth) {
586                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
587                 if (entities != inline_entities)
588                         kfree(entities);
589                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
590                 if (!entities)
591                         return false;
592                 alloc_depth = depth;
593                 goto retry;
594         }
595
596         sched_data = entity->sched_data;
597         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
598         level = 0;
599         for_each_entity(entity) {
600                 /*
601                  * If at some level entity is not even active, allow request
602                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
603                  * entities.
604                  */
605                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
606                         goto out;
607                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
608                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
609                         break;
610                 entities[level++] = entity;
611         }
612         WARN_ON_ONCE(level != depth);
613         for (level--; level >= 0; level--) {
614                 entity = entities[level];
615                 if (level > 0) {
616                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
617                 } else {
618                         int i;
619                         /*
620                          * For bfqq itself we take into account service trees
621                          * of all higher priority classes and multiply their
622                          * weights so that low prio queue from higher class
623                          * gets more requests than high prio queue from lower
624                          * class.
625                          */
626                         wsum = 0;
627                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
628                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
629                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
630                         }
631                 }
632                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
633                 if (entity->allocated >= limit) {
634                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
635                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
636                                 entity->allocated, limit, level);
637                         ret = true;
638                         break;
639                 }
640         }
641 out:
642         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
643         if (entities != inline_entities)
644                 kfree(entities);
645         return ret;
646 }
647 #else
648 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
649 {
650         return false;
651 }
652 #endif
653
654 /*
655  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
656  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
657  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
658  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
659  * problems.
660  *
661  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
662  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
663  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
664  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
665  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
666  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
667  * algorithm.
668  */
669 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
670 {
671         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
672         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
673         struct bfq_queue *bfqq = bic ? bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(op)) : NULL;
674         int depth;
675         unsigned limit = data->q->nr_requests;
676
677         /* Sync reads have full depth available */
678         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op)) {
679                 depth = 0;
680         } else {
681                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
682                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
683         }
684
685         /*
686          * Does queue (or any parent entity) exceed number of requests that
687          * should be available to it? Heavily limit depth so that it cannot
688          * consume more available requests and thus starve other entities.
689          */
690         if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit))
691                 depth = 1;
692
693         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
694                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op), depth);
695         if (depth)
696                 data->shallow_depth = depth;
697 }
698
699 static struct bfq_queue *
700 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
701                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
702                      struct rb_node ***rb_link)
703 {
704         struct rb_node **p, *parent;
705         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
706
707         parent = NULL;
708         p = &root->rb_node;
709         while (*p) {
710                 struct rb_node **n;
711
712                 parent = *p;
713                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
714
715                 /*
716                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
717                  * largest to the right.
718                  */
719                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
720                         n = &(*p)->rb_right;
721                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
722                         n = &(*p)->rb_left;
723                 else
724                         break;
725                 p = n;
726                 bfqq = NULL;
727         }
728
729         *ret_parent = parent;
730         if (rb_link)
731                 *rb_link = p;
732
733         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
734                 (unsigned long long)sector,
735                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
736
737         return bfqq;
738 }
739
740 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
741 {
742         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
743                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
744                                        bfq_merge_time_limit);
745 }
746
747 /*
748  * The following function is not marked as __cold because it is
749  * actually cold, but for the same performance goal described in the
750  * comments on the likely() at the beginning of
751  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
752  * execution time for the case where this function is not invoked, we
753  * had to add an unlikely() in each involved if().
754  */
755 void __cold
756 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
757 {
758         struct rb_node **p, *parent;
759         struct bfq_queue *__bfqq;
760
761         if (bfqq->pos_root) {
762                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
763                 bfqq->pos_root = NULL;
764         }
765
766         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
767         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
768                 return;
769
770         /*
771          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
772          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
773          * position tree.
774          */
775         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
776                 return;
777
778         if (bfq_class_idle(bfqq))
779                 return;
780         if (!bfqq->next_rq)
781                 return;
782
783         bfqq->pos_root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
784         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
785                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
786         if (!__bfqq) {
787                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
788                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
789         } else
790                 bfqq->pos_root = NULL;
791 }
792
793 /*
794  * The following function returns false either if every active queue
795  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
796  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
797  * throughput lower than or equal to the share that every other active
798  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
799  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
800  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
801  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
802  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
803  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
804  * be avoided.
805  *
806  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
807  * 1) all active queues have the same weight,
808  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
809  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
810  *    weight,
811  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
812  *    number of children.
813  *
814  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
815  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
816  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
817  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
818  * much easier to maintain the needed state:
819  * 1) all active queues have the same weight,
820  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
821  * 3) there are no active groups.
822  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
823  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
824  * needs to be maintained in this case.
825  */
826 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
827                                    struct bfq_queue *bfqq)
828 {
829         bool smallest_weight = bfqq &&
830                 bfqq->weight_counter &&
831                 bfqq->weight_counter ==
832                 container_of(
833                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
834                         struct bfq_weight_counter,
835                         weights_node);
836
837         /*
838          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
839          * at least two nodes.
840          */
841         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
842                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
843                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
844                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
845
846         bool multiple_classes_busy =
847                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
848                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
849                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
850
851         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
852 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
853                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
854 #endif
855                 ;
856 }
857
858 /*
859  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
860  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
861  * increment the existing counter.
862  *
863  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
864  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
865  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
866  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
867  * are not inserted in the tree.
868  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
869  * should be low too.
870  */
871 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
872                           struct rb_root_cached *root)
873 {
874         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
875         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
876         bool leftmost = true;
877
878         /*
879          * Do not insert if the queue is already associated with a
880          * counter, which happens if:
881          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
882          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
883          *      backlogged; in this respect, each of the two events
884          *      causes an invocation of this function,
885          *   2) this is the invocation of this function caused by the
886          *      second event. This second invocation is actually useless,
887          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
888          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
889          */
890         if (bfqq->weight_counter)
891                 return;
892
893         while (*new) {
894                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
895                                                 struct bfq_weight_counter,
896                                                 weights_node);
897                 parent = *new;
898
899                 if (entity->weight == __counter->weight) {
900                         bfqq->weight_counter = __counter;
901                         goto inc_counter;
902                 }
903                 if (entity->weight < __counter->weight)
904                         new = &((*new)->rb_left);
905                 else {
906                         new = &((*new)->rb_right);
907                         leftmost = false;
908                 }
909         }
910
911         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
912                                        GFP_ATOMIC);
913
914         /*
915          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
916          * exit. This will cause the weight of queue to not be
917          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
918          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
919          * bfqq's weight would have been the only weight making the
920          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
921          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
922          * invocation of this function is triggered by an activation
923          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
924          * if !bfqq->weight_counter.
925          */
926         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
927                 return;
928
929         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
930         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
931         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
932                                 leftmost);
933
934 inc_counter:
935         bfqq->weight_counter->num_active++;
936         bfqq->ref++;
937 }
938
939 /*
940  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
941  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
942  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
943  * about overhead.
944  */
945 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
946                                struct bfq_queue *bfqq,
947                                struct rb_root_cached *root)
948 {
949         if (!bfqq->weight_counter)
950                 return;
951
952         bfqq->weight_counter->num_active--;
953         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
954                 goto reset_entity_pointer;
955
956         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
957         kfree(bfqq->weight_counter);
958
959 reset_entity_pointer:
960         bfqq->weight_counter = NULL;
961         bfq_put_queue(bfqq);
962 }
963
964 /*
965  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
966  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
967  */
968 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
969                              struct bfq_queue *bfqq)
970 {
971         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
972
973         for_each_entity(entity) {
974                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
975
976                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
977                         /*
978                          * entity is still active, because either
979                          * next_in_service or in_service_entity is not
980                          * NULL (see the comments on the definition of
981                          * next_in_service for details on why
982                          * in_service_entity must be checked too).
983                          *
984                          * As a consequence, its parent entities are
985                          * active as well, and thus this loop must
986                          * stop here.
987                          */
988                         break;
989                 }
990
991                 /*
992                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
993                  * not performed immediately upon the deactivation of
994                  * entity, but it is delayed to when it also happens
995                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
996                  * all its pending requests completed. The following
997                  * instructions perform this delayed decrement, if
998                  * needed. See the comments on
999                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
1000                  */
1001                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
1002                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
1003                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
1004                 }
1005         }
1006
1007         /*
1008          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
1009          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
1010          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
1011          * function invocation.
1012          */
1013         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
1014                                   &bfqd->queue_weights_tree);
1015 }
1016
1017 /*
1018  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
1019  */
1020 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
1021                                       struct request *last)
1022 {
1023         struct request *rq;
1024
1025         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
1026                 return NULL;
1027
1028         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
1029
1030         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
1031
1032         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
1033                 return NULL;
1034
1035         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
1036         return rq;
1037 }
1038
1039 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1040                                         struct bfq_queue *bfqq,
1041                                         struct request *last)
1042 {
1043         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1044         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1045         struct request *next, *prev = NULL;
1046
1047         /* Follow expired path, else get first next available. */
1048         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1049         if (next)
1050                 return next;
1051
1052         if (rbprev)
1053                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1054
1055         if (rbnext)
1056                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1057         else {
1058                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1059                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1060                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1061         }
1062
1063         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1064 }
1065
1066 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1067 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1068                                         struct bfq_queue *bfqq)
1069 {
1070         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1071             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1072                 return blk_rq_sectors(rq);
1073
1074         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1075 }
1076
1077 /**
1078  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1079  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1080  * @bfqq: the queue to update.
1081  *
1082  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1083  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1084  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1085  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1086  * rounds to actually get it dispatched.
1087  */
1088 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1089                                  struct bfq_queue *bfqq)
1090 {
1091         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1092         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1093         unsigned long new_budget;
1094
1095         if (!next_rq)
1096                 return;
1097
1098         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1099                 /*
1100                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1101                  * changed after an entity has been selected.
1102                  */
1103                 return;
1104
1105         new_budget = max_t(unsigned long,
1106                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1107                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1108                            entity->service);
1109         if (entity->budget != new_budget) {
1110                 entity->budget = new_budget;
1111                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1112                                          new_budget);
1113                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1114         }
1115 }
1116
1117 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1118 {
1119         u64 dur;
1120
1121         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1122                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1123
1124         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1125         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1126
1127         /*
1128          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1129          * has been conservatively set after the following worst case:
1130          * on a QEMU/KVM virtual machine
1131          * - running in a slow PC
1132          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1133          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1134          *   of several files
1135          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1136          *
1137          * As for higher values than that accommodating the above bad
1138          * scenario, tests show that higher values would often yield
1139          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1140          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1141          * preserve weight raising for too long.
1142          *
1143          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1144          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1145          * before weight-raising finishes.
1146          */
1147         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1148 }
1149
1150 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1151 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1152                                           struct bfq_data *bfqd)
1153 {
1154         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1155         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1156         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1157 }
1158
1159 static void
1160 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1161                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1162 {
1163         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1164         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1165
1166         if (bic->saved_has_short_ttime)
1167                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1168         else
1169                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1170
1171         if (bic->saved_IO_bound)
1172                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1173         else
1174                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1175
1176         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1177         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1178         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1179
1180         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1181         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1182         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1183         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1184         /*
1185          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1186          */
1187         if (bfqd->low_latency) {
1188                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1189                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1190         }
1191         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1192         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1193         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1194         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1195
1196         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1197             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1198                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1199                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1200                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1201                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1202                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1203                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1204                 } else {
1205                         bfqq->wr_coeff = 1;
1206                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1207                                      "resume state: switching off wr");
1208                 }
1209         }
1210
1211         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1212         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1213
1214         if (likely(!busy))
1215                 return;
1216
1217         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1218                 bfqd->wr_busy_queues++;
1219         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1220                 bfqd->wr_busy_queues--;
1221 }
1222
1223 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1224 {
1225         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1226                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1227                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1228 }
1229
1230 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1231 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1232 {
1233         struct bfq_queue *item;
1234         struct hlist_node *n;
1235
1236         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1237                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1238
1239         /*
1240          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1241          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1242          * bfq_handle_burst().
1243          */
1244         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1245                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1246                 bfqd->burst_size = 1;
1247         } else
1248                 bfqd->burst_size = 0;
1249
1250         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1251 }
1252
1253 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1254 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1255 {
1256         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1257         bfqd->burst_size++;
1258
1259         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1260                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1261                 struct hlist_node *n;
1262
1263                 /*
1264                  * Enough queues have been activated shortly after each
1265                  * other to consider this burst as large.
1266                  */
1267                 bfqd->large_burst = true;
1268
1269                 /*
1270                  * We can now mark all queues in the burst list as
1271                  * belonging to a large burst.
1272                  */
1273                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1274                                      burst_list_node)
1275                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1276                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1277
1278                 /*
1279                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1280                  * new queue being activated shortly after the last queue
1281                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1282                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1283                  * needed any more. Remove it.
1284                  */
1285                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1286                                           burst_list_node)
1287                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1288         } else /*
1289                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1290                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1291                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1292                 * in put_queue.
1293                 */
1294                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1299  * shortly after each other, then the processes associated with these
1300  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1301  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1302  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1303  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1304  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1305  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1306  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1307  *
1308  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1309  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1310  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1311  * treated in a different way.
1312  *
1313  * The above services or applications benefit mostly from a high
1314  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1315  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1316  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1317  * which also implies idling the device for it, is almost always
1318  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1319  * these new queues from. If there no other active queues, then
1320  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1321  * cases.
1322  *
1323  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1324  * the start of an application that does not consist of a lot of
1325  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1326  * several short processes may need to be executed to start-up the
1327  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1328  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1329  * related to the application with respect to all other
1330  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1331  * an application that causes a burst of queue creations is to
1332  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1333  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1334  *
1335  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1336  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1337  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1338  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1339  * larger size than that threshold are apparently caused by
1340  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1341  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1342  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1343  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1344  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1345  * exact choice depends on the device and request pattern at
1346  * hand.
1347  *
1348  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1349  * is starting (e.g., an application is being started). The
1350  * consequence is that the queues associated with the task do not
1351  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1352  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1353  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1354  *
1355  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1356  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1357  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1358  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1359  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1360  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1361  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1362  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1363  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1364  * large. The main steps are the following.
1365  *
1366  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1367  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1368  *
1369  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1370  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1371  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1372  *   Q to the burst list
1373  *
1374  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1375  *   the large-burst threshold, then
1376  *
1377  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1378  *       large burst
1379  *
1380  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1381  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1382  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1383  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1384  *
1385  *     . the device enters a large-burst mode
1386  *
1387  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1388  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1389  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1390  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1391  *   as belonging to a large burst.
1392  *
1393  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1394  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1395  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1396  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1397  *
1398  *        . the large-burst mode is reset if set
1399  *
1400  *        . the burst list is emptied
1401  *
1402  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1403  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1404  *          after this step).
1405  */
1406 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1407 {
1408         /*
1409          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1410          * burst, or finally has just been split, then there is
1411          * nothing else to do.
1412          */
1413         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1414             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1415             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1416                                      msecs_to_jiffies(10)))
1417                 return;
1418
1419         /*
1420          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1421          * a different group than the burst group, then the current
1422          * burst is finished, and related data structures must be
1423          * reset.
1424          *
1425          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1426          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1427          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1428          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1429          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1430          * following condition is true, bfqq will end up being
1431          * inserted into the burst list. In particular the list will
1432          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1433          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1434          * burst.
1435          */
1436         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1437             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1438             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1439                 bfqd->large_burst = false;
1440                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1441                 goto end;
1442         }
1443
1444         /*
1445          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1446          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1447          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1448          */
1449         if (bfqd->large_burst) {
1450                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1451                 goto end;
1452         }
1453
1454         /*
1455          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1456          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1457          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1458          */
1459         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1460 end:
1461         /*
1462          * At this point, bfqq either has been added to the current
1463          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1464          * possible new burst to start. In particular, in the second
1465          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1466          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1467          * forward.
1468          */
1469         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1470 }
1471
1472 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1473 {
1474         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1475
1476         return entity->budget - entity->service;
1477 }
1478
1479 /*
1480  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1481  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1482  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1483  */
1484 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1485 {
1486         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1487                 return bfq_default_max_budget;
1488         else
1489                 return bfqd->bfq_max_budget;
1490 }
1491
1492 /*
1493  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1494  * max budget (trying with 1/32)
1495  */
1496 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1497 {
1498         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1499                 return bfq_default_max_budget / 32;
1500         else
1501                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1502 }
1503
1504 /*
1505  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1506  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1507  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1508  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1509  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1510  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1511  * goals below.
1512  *
1513  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1514  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1515  * expired for one of the following two reasons:
1516  *
1517  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1518  *   and did not make it to issue a new request before its last
1519  *   request was served;
1520  *
1521  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1522  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1523  *
1524  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1525  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1526  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1527  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1528  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1529  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1530  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1531  * one full budget of another queue before being served again, then
1532  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1533  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1534  * to be taken.
1535  *
1536  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1537  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1538  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1539  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1540  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1541  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1542  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1543  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1544  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1545  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1546  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1547  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1548  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1549  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1550  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1551  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1552  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1553  * on this tricky aspect).
1554  *
1555  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1556  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1557  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1558  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1559  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1560  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1561  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1562  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1563  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1564  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1565  * causing a little loss of bandwidth.
1566  *
1567  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1568  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1569  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1570  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1571  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1572  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1573  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1574  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1575  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1576  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1577  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1578  * __bfq_activate_entity.
1579  *
1580  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1581  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1582  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1583  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1584  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1585  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1586  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1587  * outstanding requests mentioned above.
1588  *
1589  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1590  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1591  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1592  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1593  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1594  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1595  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1596  * know whether preemption is needed without needing to update service
1597  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1598  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1599  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1600  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1601  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1602  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1603  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1604  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1605  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1606  * responsibility of handling the above case 2.
1607  */
1608 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1609                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1610                                                 bool arrived_in_time)
1611 {
1612         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1613
1614         /*
1615          * In the next compound condition, we check also whether there
1616          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1617          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1618          * would be expired immediately after being selected for
1619          * service. This would only cause useless overhead.
1620          */
1621         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1622             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1623                 /*
1624                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1625                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1626                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1627                  * cleared right after).
1628                  */
1629
1630                 /*
1631                  * In next assignment we rely on that either
1632                  * entity->service or entity->budget are not updated
1633                  * on expiration if bfqq is empty (see
1634                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1635                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1636                  * following statement therefore assigns to
1637                  * entity->budget the remaining budget on such an
1638                  * expiration.
1639                  */
1640                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1641                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1642                                        bfqq->max_budget);
1643
1644                 /*
1645                  * At this point, we have used entity->service to get
1646                  * the budget left (needed for updating
1647                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1648                  * reset entity->service. The latter must be reset
1649                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1650                  * the service it has received during its previous
1651                  * service slot(s).
1652                  */
1653                 entity->service = 0;
1654
1655                 return true;
1656         }
1657
1658         /*
1659          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1660          */
1661         entity->service = 0;
1662         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1663                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1664         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1665         return false;
1666 }
1667
1668 /*
1669  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1670  * macros.
1671  */
1672 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1673 {
1674         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1675 }
1676
1677 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1678                                              struct bfq_queue *bfqq,
1679                                              unsigned int old_wr_coeff,
1680                                              bool wr_or_deserves_wr,
1681                                              bool interactive,
1682                                              bool in_burst,
1683                                              bool soft_rt)
1684 {
1685         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1686                 /* start a weight-raising period */
1687                 if (interactive) {
1688                         bfqq->service_from_wr = 0;
1689                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1690                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1691                 } else {
1692                         /*
1693                          * No interactive weight raising in progress
1694                          * here: assign minus infinity to
1695                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1696                          * that, at the end of the soft-real-time
1697                          * weight raising periods that is starting
1698                          * now, no interactive weight-raising period
1699                          * may be wrongly considered as still in
1700                          * progress (and thus actually started by
1701                          * mistake).
1702                          */
1703                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1704                                 bfq_smallest_from_now();
1705                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1706                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1707                         bfqq->wr_cur_max_time =
1708                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1709                 }
1710
1711                 /*
1712                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1713                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1714                  * scheduling-error component due to a too large
1715                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1716                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1717                  * too small budget either, to avoid increasing
1718                  * latency by causing too frequent expirations.
1719                  */
1720                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1721                                             bfqq->entity.budget,
1722                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1723         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1724                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1725                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1726                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1727                 } else if (in_burst)
1728                         bfqq->wr_coeff = 1;
1729                 else if (soft_rt) {
1730                         /*
1731                          * The application is now or still meeting the
1732                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1733                          * can then correctly and safely (re)charge
1734                          * the weight-raising duration for the
1735                          * application with the weight-raising
1736                          * duration for soft rt applications.
1737                          *
1738                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1739                          * before the weight-raising period for the
1740                          * application finishes, reduces the probability
1741                          * of the following negative scenario:
1742                          * 1) the weight of a soft rt application is
1743                          *    raised at startup (as for any newly
1744                          *    created application),
1745                          * 2) since the application is not interactive,
1746                          *    at a certain time weight-raising is
1747                          *    stopped for the application,
1748                          * 3) at that time the application happens to
1749                          *    still have pending requests, and hence
1750                          *    is destined to not have a chance to be
1751                          *    deemed soft rt before these requests are
1752                          *    completed (see the comments to the
1753                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1754                          *    for details on soft rt detection),
1755                          * 4) these pending requests experience a high
1756                          *    latency because the application is not
1757                          *    weight-raised while they are pending.
1758                          */
1759                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1760                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1761                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1762                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1763
1764                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1765                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1766                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1767                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1768                         }
1769                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1770                 }
1771         }
1772 }
1773
1774 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1775                                         struct bfq_queue *bfqq)
1776 {
1777         return bfqq->dispatched == 0 &&
1778                 time_is_before_jiffies(
1779                         bfqq->budget_timeout +
1780                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1781 }
1782
1783
1784 /*
1785  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1786  * weight than the in-service queue.
1787  */
1788 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1789                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1790 {
1791         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1792
1793         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1794                 return true;
1795
1796         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1797                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1798                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1799         } else {
1800                 if (bfqq->entity.parent)
1801                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1802                 else
1803                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1804                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1805                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1806                 else
1807                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1808         }
1809
1810         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1811 }
1812
1813 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1814
1815 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1816                                              struct bfq_queue *bfqq,
1817                                              int old_wr_coeff,
1818                                              struct request *rq,
1819                                              bool *interactive)
1820 {
1821         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1822                 bfqq_wants_to_preempt,
1823                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1824                 /*
1825                  * See the comments on
1826                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1827                  * details on the usage of the next variable.
1828                  */
1829                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1830                         bfqq->ttime.last_end_request +
1831                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1832
1833
1834         /*
1835          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1836          * - it is sync,
1837          * - it does not belong to a large burst,
1838          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1839          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1840          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1841          *   to control its weight explicitly)
1842          */
1843         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1844         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1845                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1846                 !in_burst &&
1847                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1848                 bfqq->dispatched == 0 &&
1849                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1850         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1851                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1852         /*
1853          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1854          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1855          * are usually created for non-interactive and
1856          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1857          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1858          * they are created shortly after each other. So they may
1859          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1860          * application, if the application happens to spawn multiple
1861          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1862          * raising.
1863          */
1864         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1865                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1866                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1867                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1868                    (*interactive || soft_rt)));
1869
1870         /*
1871          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1872          * may want to preempt the in-service queue.
1873          */
1874         bfqq_wants_to_preempt =
1875                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1876                                                     arrived_in_time);
1877
1878         /*
1879          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1880          * idle for much more than an interactive queue, then we
1881          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1882          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1883          * to be treated as a queue belonging to a burst
1884          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1885          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1886          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1887          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1888          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1889          * a burst.
1890          */
1891         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1892             idle_for_long_time &&
1893             time_is_before_jiffies(
1894                     bfqq->budget_timeout +
1895                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1896                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1897                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1898         }
1899
1900         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1901
1902         if (bfqd->low_latency) {
1903                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1904                         /* wraparound */
1905                         bfqq->split_time =
1906                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1907
1908                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1909                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1910                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1911                                                          old_wr_coeff,
1912                                                          wr_or_deserves_wr,
1913                                                          *interactive,
1914                                                          in_burst,
1915                                                          soft_rt);
1916
1917                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1918                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1919                 }
1920         }
1921
1922         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1923         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1924         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1925
1926         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1927
1928         /*
1929          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1930          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1931          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1932          * recover a service hole, as explained in the comments on
1933          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1934          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1935          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1936          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1937          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1938          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1939          * critical, as the in-service queue.
1940          *
1941          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1942          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1943          * condition does not hold, we don't care because, even if
1944          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1945          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1946          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1947          *
1948          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1949          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1950          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1951          * useless preemptions, the return value of
1952          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1953          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1954          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1955          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1956          * timestamps of the in-service queue would need to be
1957          * updated, and this operation is quite costly (see the
1958          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1959          *
1960          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1961          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1962          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1963          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1964          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1965          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1966          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1967          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1968          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1969          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1970          */
1971         if (bfqd->in_service_queue &&
1972             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1973               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1974              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1975              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1976             next_queue_may_preempt(bfqd))
1977                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1978                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1979 }
1980
1981 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1982                                    struct bfq_queue *bfqq)
1983 {
1984         /* invalidate baseline total service time */
1985         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1986
1987         /*
1988          * Reset pointer in case we are waiting for
1989          * some request completion.
1990          */
1991         bfqd->waited_rq = NULL;
1992
1993         /*
1994          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1995          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1996          * an injected I/O request may be higher than the think time
1997          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1998          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1999          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
2000          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
2001          * adaptive update will however raise the limit soon. This
2002          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
2003          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
2004          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
2005          * expired. This is the very pattern that gives the
2006          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
2007          * injection on request service times, and then to update the
2008          * limit accordingly.
2009          *
2010          * However, in the following special case, the inject limit is
2011          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
2012          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
2013          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
2014          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
2015          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
2016          * this is very convenient both for bfqq and for overall
2017          * throughput, as explained in detail in the comments in
2018          * bfq_update_has_short_ttime().
2019          *
2020          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
2021          * start directly by 1, because:
2022          * a) on the bright side, keeping at most one request in
2023          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
2024          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
2025          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
2026          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
2027          * expire before getting its next request. With this request
2028          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
2029          * times and update the inject limit accordingly (see comments
2030          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
2031          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
2032          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
2033          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
2034          * further reduces chances to actually compute the baseline
2035          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
2036          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
2037          * than 1.
2038          */
2039         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2040                 bfqq->inject_limit = 0;
2041         else
2042                 bfqq->inject_limit = 1;
2043
2044         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2045 }
2046
2047 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2048 {
2049         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2050
2051         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2052                 bfqq->tot_idle_time +=
2053                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2054
2055         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2056                 return;
2057
2058         /*
2059          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2060          * considered I/O bound.
2061          */
2062         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2063                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2064         else
2065                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2066
2067         /*
2068          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2069          * from now.
2070          */
2071         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2072                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2073                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2074         }
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2079  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2080  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2081  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2082  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2083  * queue.
2084  *
2085  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2086  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2087  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2088  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2089  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2090  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2091  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2092  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2093  * in bfq_select_queue().
2094  *
2095  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2096  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2097  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2098  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2099  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2100  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2101  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2102  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2103  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2104  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2105  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2106  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2107  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2108  * positives less likely.
2109  *
2110  * NOTE
2111  *
2112  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2113  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2114  * detection is likely to be actually fast, for the following
2115  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2116  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2117  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2118  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2119  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2120  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2121  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2122  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2123  *
2124  * ISSUE
2125  *
2126  * On queue merging all waker information is lost.
2127  */
2128 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2129                             u64 now_ns)
2130 {
2131         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2132
2133         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2134             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2135             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2136             bfqq->dispatched > 0 ||
2137             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
2138             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq->waker_bfqq)
2139                 return;
2140
2141         /*
2142          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2143          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2144          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2145          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases. 
2146          */
2147         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2148             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2149             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2150                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2151                 /*
2152                  * First synchronization detected with a
2153                  * candidate waker queue, or with a different
2154                  * candidate waker queue from the current one.
2155                  */
2156                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2157                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2158                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2159                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2160                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2161                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2162                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2163         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2164                 bfqq->num_waker_detections++;
2165
2166         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2167                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2168                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2169                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2170                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2171                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2172
2173                 /*
2174                  * If the waker queue disappears, then
2175                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2176                  * this goal, we maintain in each
2177                  * waker queue a list, woken_list, of
2178                  * all the queues that reference the
2179                  * waker queue through their
2180                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2181                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2182                  * of all the queues in the woken_list
2183                  * is reset.
2184                  *
2185                  * In addition, if bfqq is already in
2186                  * the woken_list of a waker queue,
2187                  * then, before being inserted into
2188                  * the woken_list of a new waker
2189                  * queue, bfqq must be removed from
2190                  * the woken_list of the old waker
2191                  * queue.
2192                  */
2193                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2194                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2195                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2196                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2197         }
2198 }
2199
2200 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2201 {
2202         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2203         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2204         struct request *next_rq, *prev;
2205         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2206         bool interactive = false;
2207         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2208
2209         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2210         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2211         bfqd->queued++;
2212
2213         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2214                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2215
2216                 /*
2217                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2218                  * the latter eventually drops in case workload
2219                  * changes, see step (3) in the comments on
2220                  * bfq_update_inject_limit().
2221                  */
2222                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2223                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2224                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2225
2226                 /*
2227                  * The following conditions must hold to setup a new
2228                  * sampling of total service time, and then a new
2229                  * update of the inject limit:
2230                  * - bfqq is in service, because the total service
2231                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2232                  *   the queues in service;
2233                  * - this is the right occasion to compute or to
2234                  *   lower the baseline total service time, because
2235                  *   there are actually no requests in the drive,
2236                  *   or
2237                  *   the baseline total service time is available, and
2238                  *   this is the right occasion to compute the other
2239                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2240                  *   the total service time caused by the amount of
2241                  *   injection allowed by the current value of the
2242                  *   limit. It is the right occasion because injection
2243                  *   has actually been performed during the service
2244                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2245                  *   which are very likely to be exactly the injected
2246                  *   requests, or part of them;
2247                  * - the minimum interval for sampling the total
2248                  *   service time and updating the inject limit has
2249                  *   elapsed.
2250                  */
2251                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2252                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2253                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2254                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2255                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2256                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2257                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2258                         /*
2259                          * Start the state machine for measuring the
2260                          * total service time of rq: setting
2261                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2262                          * be set when rq will be dispatched.
2263                          */
2264                         bfqd->wait_dispatch = true;
2265                         /*
2266                          * If there is no I/O in service in the drive,
2267                          * then possible injection occurred before the
2268                          * arrival of rq will not affect the total
2269                          * service time of rq. So the injection limit
2270                          * must not be updated as a function of such
2271                          * total service time, unless new injection
2272                          * occurs before rq is completed. To have the
2273                          * injection limit updated only in the latter
2274                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2275                          * will be set in case injection is performed
2276                          * on bfqq before rq is completed).
2277                          */
2278                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2279                                 bfqd->rqs_injected = false;
2280                 }
2281         }
2282
2283         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2284                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2285
2286         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2287
2288         /*
2289          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2290          */
2291         prev = bfqq->next_rq;
2292         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2293         bfqq->next_rq = next_rq;
2294
2295         /*
2296          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2297          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2298          */
2299         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2300                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2301
2302         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2303                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2304                                                  rq, &interactive);
2305         else {
2306                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2307                     time_is_before_jiffies(
2308                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2309                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2310                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2311                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2312
2313                         bfqd->wr_busy_queues++;
2314                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2315                 }
2316                 if (prev != bfqq->next_rq)
2317                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2318         }
2319
2320         /*
2321          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2322          * cases:
2323          *
2324          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2325          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2326          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2327          *   of information is used only for deciding whether to
2328          *   weight-raise async queues
2329          *
2330          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2331          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2332          *   stores the time when weight-raising starts
2333          *
2334          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2335          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2336          *   period must start or restart (this case is considered
2337          *   separately because it is not detected by the above
2338          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2339          *
2340          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2341          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2342          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2343          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2344          * needed.
2345          */
2346         if (bfqd->low_latency &&
2347                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2348                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2349 }
2350
2351 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2352                                           struct bio *bio,
2353                                           struct request_queue *q)
2354 {
2355         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2356
2357
2358         if (bfqq)
2359                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2360
2361         return NULL;
2362 }
2363
2364 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2365 {
2366         if (last_pos)
2367                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2368
2369         return 0;
2370 }
2371
2372 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2373 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2374 {
2375         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2376
2377         bfqd->rq_in_driver++;
2378 }
2379
2380 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2381 {
2382         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2383
2384         bfqd->rq_in_driver--;
2385 }
2386 #endif
2387
2388 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2389                                struct request *rq)
2390 {
2391         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2392         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2393         const int sync = rq_is_sync(rq);
2394
2395         if (bfqq->next_rq == rq) {
2396                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2397                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2398         }
2399
2400         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2401                 list_del_init(&rq->queuelist);
2402         bfqq->queued[sync]--;
2403         bfqd->queued--;
2404         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2405
2406         elv_rqhash_del(q, rq);
2407         if (q->last_merge == rq)
2408                 q->last_merge = NULL;
2409
2410         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2411                 bfqq->next_rq = NULL;
2412
2413                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2414                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2415                         /*
2416                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2417                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2418                          * bfqq->entity.budget must contain,
2419                          * respectively, the service received and the
2420                          * budget used last time bfqq emptied. These
2421                          * facts do not hold in this case, as at least
2422                          * this last removal occurred while bfqq is
2423                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2424                          * reset both bfqq->entity.service and
2425                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2426                          * process that may issue I/O requests to it.
2427                          */
2428                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2429                 }
2430
2431                 /*
2432                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2433                  */
2434                 if (bfqq->pos_root) {
2435                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2436                         bfqq->pos_root = NULL;
2437                 }
2438         } else {
2439                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2440                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2441                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2442         }
2443
2444         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2445                 bfqq->meta_pending--;
2446
2447 }
2448
2449 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2450                 unsigned int nr_segs)
2451 {
2452         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2453         struct request *free = NULL;
2454         /*
2455          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2456          * store its return value for later use, to avoid nesting
2457          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2458          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2459          * bfqd->lock is taken.
2460          */
2461         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2462         bool ret;
2463
2464         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2465
2466         if (bic)
2467                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2468         else
2469                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2470         bfqd->bio_bic = bic;
2471
2472         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2473
2474         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2475         if (free)
2476                 blk_mq_free_request(free);
2477
2478         return ret;
2479 }
2480
2481 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2482                              struct bio *bio)
2483 {
2484         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2485         struct request *__rq;
2486
2487         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2488         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2489                 *req = __rq;
2490
2491                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2492                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2493                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2494         }
2495
2496         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2497 }
2498
2499 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2500
2501 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2502                                enum elv_merge type)
2503 {
2504         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2505             rb_prev(&req->rb_node) &&
2506             blk_rq_pos(req) <
2507             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2508                                     struct request, rb_node))) {
2509                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2510                 struct bfq_data *bfqd;
2511                 struct request *prev, *next_rq;
2512
2513                 if (!bfqq)
2514                         return;
2515
2516                 bfqd = bfqq->bfqd;
2517
2518                 /* Reposition request in its sort_list */
2519                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2520                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2521
2522                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2523                 prev = bfqq->next_rq;
2524                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2525                                          bfqd->last_position);
2526                 bfqq->next_rq = next_rq;
2527                 /*
2528                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2529                  * fit the new request and the queue's position in its
2530                  * rq_pos_tree.
2531                  */
2532                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2533                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2534                         /*
2535                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2536                          * the unlikely().
2537                          */
2538                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2539                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2540                 }
2541         }
2542 }
2543
2544 /*
2545  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2546  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2547  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2548  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2549  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2550  *
2551  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2552  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2553  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2554  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2555  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2556  * only by bfq_insert_request.
2557  */
2558 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2559                                 struct request *next)
2560 {
2561         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2562                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2563
2564         if (!bfqq)
2565                 goto remove;
2566
2567         /*
2568          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2569          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2570          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2571          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2572          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2573          * which would most certainly be too expensive with respect to
2574          * the benefits.
2575          */
2576         if (bfqq == next_bfqq &&
2577             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2578             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2579                 list_del_init(&rq->queuelist);
2580                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2581                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2582         }
2583
2584         if (bfqq->next_rq == next)
2585                 bfqq->next_rq = rq;
2586
2587         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2588 remove:
2589         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2590         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2591                 bfq_remove_request(next->q, next);
2592                 if (next_bfqq)
2593                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2594                                                     next->cmd_flags);
2595         }
2596 }
2597
2598 /* Must be called with bfqq != NULL */
2599 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2600 {
2601         /*
2602          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2603          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2604          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2605          * a soft real-time application. Such an application actually
2606          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2607          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2608          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2609          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2610          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2611          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2612          * very long time.
2613          */
2614
2615         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2616             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2617                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2618
2619         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2620                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2621         bfqq->wr_coeff = 1;
2622         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2623         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2624         /*
2625          * Trigger a weight change on the next invocation of
2626          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2627          */
2628         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2629 }
2630
2631 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2632                              struct bfq_group *bfqg)
2633 {
2634         int i, j;
2635
2636         for (i = 0; i < 2; i++)
2637                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2638                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2639                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2640         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2641                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2642 }
2643
2644 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2645 {
2646         struct bfq_queue *bfqq;
2647
2648         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2649
2650         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2651                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2652         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2653                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2654         bfq_end_wr_async(bfqd);
2655
2656         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2657 }
2658
2659 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2660 {
2661         if (request)
2662                 return blk_rq_pos(io_struct);
2663         else
2664                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2665 }
2666
2667 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2668                                   sector_t sector)
2669 {
2670         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2671                BFQQ_CLOSE_THR;
2672 }
2673
2674 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2675                                          struct bfq_queue *bfqq,
2676                                          sector_t sector)
2677 {
2678         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2679         struct rb_node *parent, *node;
2680         struct bfq_queue *__bfqq;
2681
2682         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2683                 return NULL;
2684
2685         /*
2686          * First, if we find a request starting at the end of the last
2687          * request, choose it.
2688          */
2689         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2690         if (__bfqq)
2691                 return __bfqq;
2692
2693         /*
2694          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2695          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2696          * next_request position).
2697          */
2698         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2699         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2700                 return __bfqq;
2701
2702         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2703                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2704         else
2705                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2706         if (!node)
2707                 return NULL;
2708
2709         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2710         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2711                 return __bfqq;
2712
2713         return NULL;
2714 }
2715
2716 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2717                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2718                                                    sector_t sector)
2719 {
2720         struct bfq_queue *bfqq;
2721
2722         /*
2723          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2724          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2725          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2726          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2727          * the best possible order for throughput.
2728          */
2729         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2730         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2731                 return NULL;
2732
2733         return bfqq;
2734 }
2735
2736 static struct bfq_queue *
2737 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2738 {
2739         int process_refs, new_process_refs;
2740         struct bfq_queue *__bfqq;
2741
2742         /*
2743          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2744          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2745          * may have dropped their last reference (not just their last process
2746          * reference).
2747          */
2748         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2749                 return NULL;
2750
2751         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2752         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2753                 if (__bfqq == bfqq)
2754                         return NULL;
2755                 new_bfqq = __bfqq;
2756         }
2757
2758         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2759         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2760         /*
2761          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2762          * sense in merging the queues.
2763          */
2764         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2765                 return NULL;
2766
2767         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2768                 new_bfqq->pid);
2769
2770         /*
2771          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2772          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2773          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2774          * first time that the requests of some process are redirected to
2775          * it.
2776          *
2777          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2778          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2779          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2780          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2781          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2782          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2783          *
2784          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2785          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2786          * best option, as we feed the in-service queue with new
2787          * requests close to the last request served and, by doing so,
2788          * are likely to increase the throughput.
2789          */
2790         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2791         /*
2792          * The above assignment schedules the following redirections:
2793          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2794          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2795          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2796          * in advance, adding the number of processes that are
2797          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2798          * issue I/O.
2799          */
2800         new_bfqq->ref += process_refs;
2801         return new_bfqq;
2802 }
2803
2804 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2805                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2806 {
2807         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2808                 return false;
2809
2810         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2811             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2812                 return false;
2813
2814         /*
2815          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2816          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2817          * sequential I/O.
2818          */
2819         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2820                 return false;
2821
2822         /*
2823          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2824          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2825          * queues.
2826          */
2827         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2828                 return false;
2829
2830         return true;
2831 }
2832
2833 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2834                                              struct bfq_queue *bfqq);
2835
2836 /*
2837  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2838  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2839  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2840  * structure otherwise.
2841  *
2842  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2843  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2844  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2845  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2846  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2847  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2848  *
2849  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2850  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2851  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2852  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2853  * requests than the ones produced by its originally-associated
2854  * process.
2855  */
2856 static struct bfq_queue *
2857 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2858                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2859 {
2860         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2861
2862         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2863         if (bfqq->new_bfqq)
2864                 return bfqq->new_bfqq;
2865
2866         /*
2867          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2868          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2869          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2870          * must be non null). If we considered also merged queues,
2871          * then we should also check whether bfqq has already been
2872          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2873          * costly and complicated.
2874          */
2875         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2876                 /*
2877                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2878                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2879                  * stable merging) also if bic is associated with a
2880                  * sync queue, but this bfqq is async
2881                  */
2882                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2883                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2884                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2885                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2886                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2887                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2888                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2889                                 bic->stable_merge_bfqq;
2890                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2891                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2892
2893                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2894                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2895
2896                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2897
2898                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2899                             proc_ref > 0) {
2900                                 /* next function will take at least one ref */
2901                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2902                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2903
2904                                 bic->stably_merged = true;
2905                                 if (new_bfqq && new_bfqq->bic)
2906                                         new_bfqq->bic->stably_merged = true;
2907                                 return new_bfqq;
2908                         } else
2909                                 return NULL;
2910                 }
2911         }
2912
2913         /*
2914          * Do not perform queue merging if the device is non
2915          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2916          * device reaches a high speed through internal parallelism
2917          * and pipelining. This means that, to reach a high
2918          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2919          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2920          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2921          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2922          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2923          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2924          * the throughput reached by the device is likely to be the
2925          * same, with and without queue merging.
2926          *
2927          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2928          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2929          * artificially more uneven, because of shared queues
2930          * remaining non empty for incomparably more time than
2931          * non-merged queues. This may accentuate workload
2932          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2933          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2934          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2935          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2936          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2937          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2938          *
2939          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2940          * of the two branches is more likely than the other, but to
2941          * have the code path after the following if() executed as
2942          * fast as possible for the case of a non rotational device
2943          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2944          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2945          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2946          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2947          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2948          * all.
2949          */
2950         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2951                 return NULL;
2952
2953         /*
2954          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2955          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2956          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2957          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2958          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2959          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2960          * probability that two non-cooperating processes, which just
2961          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2962          * their queues merged by mistake.
2963          */
2964         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2965                 return NULL;
2966
2967         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2968                 return NULL;
2969
2970         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2971         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2972                 return NULL;
2973
2974         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2975
2976         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2977             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2978             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2979                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2980             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2981             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2982                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2983                 if (new_bfqq)
2984                         return new_bfqq;
2985         }
2986         /*
2987          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2988          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2989          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2990          */
2991         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2992                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2993
2994         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2995             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2996                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2997
2998         return NULL;
2999 }
3000
3001 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
3002 {
3003         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
3004
3005         /*
3006          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
3007          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
3008          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
3009          */
3010         if (!bic)
3011                 return;
3012
3013         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
3014         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
3015         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
3016
3017         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3018         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
3019         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3020         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3021         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3022         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3023         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3024         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3025         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3026                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3027                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3028                 /*
3029                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3030                  * would have deserved interactive weight raising, but
3031                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3032                  * because of this early merge. Store directly the
3033                  * weight-raising state that would have been assigned
3034                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3035                  * to enjoy weight raising if split soon.
3036                  */
3037                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3038                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3039                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3040                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3041         } else {
3042                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3043                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3044                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3045                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
3046                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3047                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3048         }
3049 }
3050
3051
3052 static void
3053 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3054 {
3055         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3056             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3057                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3058         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3059                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3060 }
3061
3062 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3063 {
3064         /*
3065          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3066          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3067          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3068          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3069          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3070          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3071          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3072          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3073          * never happen.
3074          */
3075         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3076             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3077                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
3078
3079         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3080
3081         bfq_put_queue(bfqq);
3082 }
3083
3084 static void
3085 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3086                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3087 {
3088         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3089                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3090         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3091         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3092         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3093         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3094                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3095         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3096
3097         /*
3098          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3099          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3100          * waker, then assume that all these processes will be happy
3101          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3102          * I/O.
3103          */
3104         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3105             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3106                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3107                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3108
3109                 /*
3110                  * If the waker queue disappears, then
3111                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3112                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3113                  * bfq_check_waker for details.
3114                  */
3115                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3116                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3117
3118         }
3119
3120         /*
3121          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3122          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3123          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3124          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3125          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3126          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3127          * easy, thanks to the flag just_created.
3128          */
3129         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3130                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3131                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3132                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3133                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3134                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3135                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3136                         bfqd->wr_busy_queues++;
3137                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3138         }
3139
3140         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3141                 bfqq->wr_coeff = 1;
3142                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3143                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3144                         bfqd->wr_busy_queues--;
3145         }
3146
3147         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3148                      bfqd->wr_busy_queues);
3149
3150         /*
3151          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3152          */
3153         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3154         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3155         /*
3156          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3157          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3158          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3159          *   be set to NULL, or
3160          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3161          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3162          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3163          *   assignment causes no harm).
3164          */
3165         new_bfqq->bic = NULL;
3166         /*
3167          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3168          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3169          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3170          * because it reports a random pid between those of the associated
3171          * processes.
3172          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3173          * a pid in logging messages.
3174          */
3175         new_bfqq->pid = -1;
3176         bfqq->bic = NULL;
3177
3178         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3179
3180         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3181 }
3182
3183 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3184                                 struct bio *bio)
3185 {
3186         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3187         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3188         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3189
3190         /*
3191          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3192          */
3193         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3194                 return false;
3195
3196         /*
3197          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3198          * merge only if rq is queued there.
3199          */
3200         if (!bfqq)
3201                 return false;
3202
3203         /*
3204          * We take advantage of this function to perform an early merge
3205          * of the queues of possible cooperating processes.
3206          */
3207         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3208         if (new_bfqq) {
3209                 /*
3210                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3211                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3212                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3213                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3214                  * and bfqq can be put.
3215                  */
3216                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3217                                 new_bfqq);
3218                 /*
3219                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3220                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3221                  * merged.
3222                  */
3223                 bfqq = new_bfqq;
3224
3225                 /*
3226                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3227                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3228                  * this function may be invoked again (and then may
3229                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3230                  */
3231                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3232         }
3233
3234         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3235 }
3236
3237 /*
3238  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3239  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3240  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3241  * processes.
3242  */
3243 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3244                                    struct bfq_queue *bfqq)
3245 {
3246         unsigned int timeout_coeff;
3247
3248         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3249                 timeout_coeff = 1;
3250         else
3251                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3252
3253         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3254
3255         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3256                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3257 }
3258
3259 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3260                                        struct bfq_queue *bfqq)
3261 {
3262         if (bfqq) {
3263                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3264
3265                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3266
3267                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3268                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3269                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3270                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3271                         /*
3272                          * For soft real-time queues, move the start
3273                          * of the weight-raising period forward by the
3274                          * time the queue has not received any
3275                          * service. Otherwise, a relatively long
3276                          * service delay is likely to cause the
3277                          * weight-raising period of the queue to end,
3278                          * because of the short duration of the
3279                          * weight-raising period of a soft real-time
3280                          * queue.  It is worth noting that this move
3281                          * is not so dangerous for the other queues,
3282                          * because soft real-time queues are not
3283                          * greedy.
3284                          *
3285                          * To not add a further variable, we use the
3286                          * overloaded field budget_timeout to
3287                          * determine for how long the queue has not
3288                          * received service, i.e., how much time has
3289                          * elapsed since the queue expired. However,
3290                          * this is a little imprecise, because
3291                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3292                          * not only expires, but also remains with no
3293                          * request.
3294                          */
3295                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3296                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3297                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3298                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3299                         else
3300                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3301                 }
3302
3303                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3304                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3305                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3306                              bfqq->entity.budget);
3307         }
3308
3309         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3310         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3311 }
3312
3313 /*
3314  * Get and set a new queue for service.
3315  */
3316 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3317 {
3318         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3319
3320         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3321         return bfqq;
3322 }
3323
3324 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3325 {
3326         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3327         u32 sl;
3328
3329         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3330
3331         /*
3332          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3333          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3334          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3335          */
3336         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3337         /*
3338          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3339          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3340          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3341          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3342          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3343          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3344          * needed if the queue has a higher weight than some other
3345          * queue).
3346          */
3347         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3348             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3349                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3350         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3351                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3352
3353         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3354         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3355
3356         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3357                       HRTIMER_MODE_REL);
3358         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3359 }
3360
3361 /*
3362  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3363  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3364  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3365  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3366  * this maximises throughput with sequential workloads.
3367  */
3368 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3369 {
3370         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3371                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3372 }
3373
3374 /*
3375  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3376  * function of the estimated peak rate. See comments on
3377  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3378  */
3379 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3380 {
3381         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3382                 bfqd->bfq_max_budget =
3383                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3384                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3385         }
3386 }
3387
3388 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3389                                        struct request *rq)
3390 {
3391         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3392                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3393                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3394                 bfqd->sequential_samples = 0;
3395                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3396                         blk_rq_sectors(rq);
3397         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3398                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3399
3400         bfq_log(bfqd,
3401                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3402                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3403                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3404 }
3405
3406 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3407 {
3408         u32 rate, weight, divisor;
3409
3410         /*
3411          * For the convergence property to hold (see comments on
3412          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3413          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3414          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3415          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3416          * for a new evaluation attempt.
3417          */
3418         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3419             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3420                 goto reset_computation;
3421
3422         /*
3423          * If a new request completion has occurred after last
3424          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3425          * have been served by the device, it is more precise to
3426          * extend the observation interval to the last completion.
3427          */
3428         bfqd->delta_from_first =
3429                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3430                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3431
3432         /*
3433          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3434          * precision issues.
3435          */
3436         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3437                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3438
3439         /*
3440          * Peak rate not updated if:
3441          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3442          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3443          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3444          */
3445         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3446              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3447                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3448                 goto reset_computation;
3449
3450         /*
3451          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3452          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3453          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3454          * measured rate.
3455          *
3456          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3457          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3458          * and to how long the observation time interval is.
3459          *
3460          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3461          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3462          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3463          * the measured rate contributes for half of the next value of
3464          * the estimated peak rate.
3465          *
3466          * So, the first step is to compute the weight as a function
3467          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3468          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3469          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3470          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3471          * incremented for the first sample.
3472          */
3473         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3474
3475         /*
3476          * Second step: further refine the weight as a function of the
3477          * duration of the observation interval.
3478          */
3479         weight = min_t(u32, 8,
3480                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3481                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3482
3483         /*
3484          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3485          * maximum weight.
3486          */
3487         divisor = 10 - weight;
3488
3489         /*
3490          * Finally, update peak rate:
3491          *
3492          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3493          */
3494         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3495         bfqd->peak_rate /= divisor;
3496         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3497
3498         bfqd->peak_rate += rate;
3499
3500         /*
3501          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3502          * the minimum representable values reported in the comments
3503          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3504          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3505          * divisor.
3506          */
3507         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3508
3509         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3510
3511 reset_computation:
3512         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3513 }
3514
3515 /*
3516  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3517  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3518  *
3519  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3520  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3521  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3522  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3523  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3524  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3525  * by the device.
3526  *
3527  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3528  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3529  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3530  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3531  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3532  * unknown, namely in-device request service rate.
3533  *
3534  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3535  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3536  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3537  * same requests are then served. But, since the size of any
3538  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3539  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3540  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3541  * closer and closer to the number of requests completed as the
3542  * observation interval grows. This is the key property used in
3543  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3544  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3545  * on every request dispatch.
3546  */
3547 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3548 {
3549         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3550
3551         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3552                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3553                         bfqd->peak_rate_samples);
3554                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3555                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3556         }
3557
3558         /*
3559          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3560          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3561          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3562          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3563          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3564          * taken:
3565          * - close the observation interval at the last (previous)
3566          *   request dispatch or completion
3567          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3568          * - start a new observation interval with this dispatch
3569          */
3570         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3571             bfqd->rq_in_driver == 0)
3572                 goto update_rate_and_reset;
3573
3574         /* Update sampling information */
3575         bfqd->peak_rate_samples++;
3576
3577         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3578                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3579             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3580                 bfqd->sequential_samples++;
3581
3582         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3583
3584         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3585         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3586                 bfqd->last_rq_max_size =
3587                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3588         else
3589                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3590
3591         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3592
3593         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3594         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3595                 goto update_last_values;
3596
3597 update_rate_and_reset:
3598         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3599 update_last_values:
3600         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3601         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3602                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3603         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3604 }
3605
3606 /*
3607  * Remove request from internal lists.
3608  */
3609 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3610 {
3611         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3612
3613         /*
3614          * For consistency, the next instruction should have been
3615          * executed after removing the request from the queue and
3616          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3617          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3618          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3619          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3620          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3621          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3622          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3623          * happens to be taken into account.
3624          */
3625         bfqq->dispatched++;
3626         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3627
3628         bfq_remove_request(q, rq);
3629 }
3630
3631 /*
3632  * There is a case where idling does not have to be performed for
3633  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3634  * the process associated with bfqq.
3635  *
3636  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3637  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3638  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3639  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3640  * actual request service order. In particular, the critical
3641  * situation is when requests from different processes happen
3642  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3643  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3644  * the service order of the internally-queued requests, does
3645  * determine also the actual throughput distribution among
3646  * these processes. But the drive typically has no notion or
3647  * concern about per-process throughput distribution, and
3648  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3649  * the service distribution enforced by the drive's internal
3650  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3651  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3652  * skewed scenario where:
3653  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3654  *       the others,
3655  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3656  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3657  *       throughput than any of the other processes;
3658  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3659  *       terms of locality (sequential or random), direction
3660  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3661  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3662
3663  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3664  * of each process in about the same way as the requests of the
3665  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3666  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3667  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3668  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3669  * bfqq.
3670  *
3671  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3672  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3673  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3674  * (see [1] for details).
3675  *
3676  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3677  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3678  * example is sync random I/O on flash storage with command
3679  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3680  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3681  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3682  * service guarantees.
3683  *
3684  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3685  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3686  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3687  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3688  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3689  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3690  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3691  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3692  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3693  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3694  * some request already dispatched but still waiting for
3695  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3696  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3697  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3698  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3699  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3700  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3701  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3702  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3703  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3704  * bi-modal behavior, implemented in the function
3705  * bfq_asymmetric_scenario().
3706  *
3707  * If there are groups with requests waiting for completion
3708  * (as commented above, some of these groups may even be
3709  * already inactive), then the scenario is tagged as
3710  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3711  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3712  * This behavior matches also the fact that groups are created
3713  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3714  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3715  *
3716  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3717  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3718  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3719  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3720  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3721  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3722  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3723  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3724  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3725  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3726  * have the same weight.
3727  *
3728  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3729  * risk of getting less throughput than its fair share.
3730  * However, for queues with the same weight, a further
3731  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3732  * problem. And it does so without consequences on overall
3733  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3734  * in the next three paragraphs.
3735  *
3736  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3737  * can still preempt the new in-service queue if the next
3738  * request of Q arrives soon (see the comments on
3739  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3740  * groups have the same weight, this form of preemption,
3741  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3742  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3743  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3744  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3745  * idling allows the internal queues of the device to contain
3746  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3747  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3748  * minimum of mid-term fairness.
3749  *
3750  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3751  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3752  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3753  * that there are two queues with the same weight, but that
3754  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3755  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3756  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3757  * most one request at a time, which implies that each queue
3758  * always remains idle after it is served. Finally, after
3759  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3760  * request. It follows that the two queues are served
3761  * alternatively, preempting each other if needed. This
3762  * implies that, although both queues have the same weight,
3763  * the queue with large requests receives a service that is
3764  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3765  * queue.
3766  *
3767  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3768  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3769  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3770  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3771  * there is no active group, then the primary expectation for
3772  * this device is probably a high throughput.
3773  *
3774  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3775  * additional compound condition that is checked below for deciding
3776  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3777  * sub-condition, we need to add that the function
3778  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3779  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3780  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3781  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3782  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3783  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3784  * requests waiting for completion happen to be
3785  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3786  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3787  * weight raising.
3788  *
3789  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3790  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3791  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3792  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3793  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3794  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3795  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3796  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3797  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3798  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3799  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3800  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3801  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3802  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3803  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3804  * lose because of this delay.
3805  *
3806  * As a side note, it is worth considering that the above
3807  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3808  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3809  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3810  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3811  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3812  * may become impossible to make requests be served in the desired
3813  * order until all the requests already queued in the device have been
3814  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3815  * this problem for weight-raised queues.
3816  *
3817  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3818  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3819  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3820  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3821  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3822  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3823  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3824  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3825  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3826  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3827  * be served. In particular, event (2) may case even already
3828  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3829  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3830  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3831  */
3832 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3833                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3834 {
3835         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3836
3837         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3838         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3839                 return false;
3840
3841         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3842                 (bfqd->wr_busy_queues <
3843                  tot_busy_queues ||
3844                  bfqd->rq_in_driver >=
3845                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3846                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3847                 tot_busy_queues == 1;
3848 }
3849
3850 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3851                               enum bfqq_expiration reason)
3852 {
3853         /*
3854          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3855          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3856          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3857          * break the queues apart again.
3858          */
3859         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3860                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3861
3862         /*
3863          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3864          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3865          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3866          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3867          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3868          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3869          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3870          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3871          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3872          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3873          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3874          */
3875         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3876             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3877               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3878                 if (bfqq->dispatched == 0)
3879                         /*
3880                          * Overloading budget_timeout field to store
3881                          * the time at which the queue remains with no
3882                          * backlog and no outstanding request; used by
3883                          * the weight-raising mechanism.
3884                          */
3885                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3886
3887                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3888         } else {
3889                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3890                 /*
3891                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3892                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3893                  */
3894                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3895                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3896                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3897         }
3898
3899         /*
3900          * All in-service entities must have been properly deactivated
3901          * or requeued before executing the next function, which
3902          * resets all in-service entities as no more in service. This
3903          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3904          * function returns true.
3905          */
3906         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3907 }
3908
3909 /**
3910  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3911  * @bfqd: device data.
3912  * @bfqq: queue to update.
3913  * @reason: reason for expiration.
3914  *
3915  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3916  * See the body for detailed comments.
3917  */
3918 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3919                                      struct bfq_queue *bfqq,
3920                                      enum bfqq_expiration reason)
3921 {
3922         struct request *next_rq;
3923         int budget, min_budget;
3924
3925         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3926
3927         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3928                 budget = bfqq->max_budget;
3929         else /*
3930               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3931               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3932               * than the minimum possible budget, to cause a little
3933               * bit fewer expirations.
3934               */
3935                 budget = 2 * min_budget;
3936
3937         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3938                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3939         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3940                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3941         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3942                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3943
3944         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3945                 switch (reason) {
3946                 /*
3947                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3948                  * for throughput.
3949                  */
3950                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3951                         /*
3952                          * This is the only case where we may reduce
3953                          * the budget: if there is no request of the
3954                          * process still waiting for completion, then
3955                          * we assume (tentatively) that the timer has
3956                          * expired because the batch of requests of
3957                          * the process could have been served with a
3958                          * smaller budget.  Hence, betting that
3959                          * process will behave in the same way when it
3960                          * becomes backlogged again, we reduce its
3961                          * next budget.  As long as we guess right,
3962                          * this budget cut reduces the latency
3963                          * experienced by the process.
3964                          *
3965                          * However, if there are still outstanding
3966                          * requests, then the process may have not yet
3967                          * issued its next request just because it is
3968                          * still waiting for the completion of some of
3969                          * the still outstanding ones.  So in this
3970                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3971                          * contrary we increase it to possibly boost
3972                          * the throughput, as discussed in the
3973                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3974                          */
3975                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3976                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3977                         else {
3978                                 if (budget > 5 * min_budget)
3979                                         budget -= 4 * min_budget;
3980                                 else
3981                                         budget = min_budget;
3982                         }
3983                         break;
3984                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3985                         /*
3986                          * We double the budget here because it gives
3987                          * the chance to boost the throughput if this
3988                          * is not a seeky process (and has bumped into
3989                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3990                          */
3991                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3992                         break;
3993                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3994                         /*
3995                          * The process still has backlog, and did not
3996                          * let either the budget timeout or the disk
3997                          * idling timeout expire. Hence it is not
3998                          * seeky, has a short thinktime and may be
3999                          * happy with a higher budget too. So
4000                          * definitely increase the budget of this good
4001                          * candidate to boost the disk throughput.
4002                          */
4003                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
4004                         break;
4005                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
4006                         /*
4007                          * For queues that expire for this reason, it
4008                          * is particularly important to keep the
4009                          * budget close to the actual service they
4010                          * need. Doing so reduces the timestamp
4011                          * misalignment problem described in the
4012                          * comments in the body of
4013                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
4014                          * that a queue systematically expires for
4015                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
4016                          * new request in time to enjoy timestamp
4017                          * back-shifting. The larger the budget of the
4018                          * queue is with respect to the service the
4019                          * queue actually requests in each service
4020                          * slot, the more times the queue can be
4021                          * reactivated with the same virtual finish
4022                          * time. It follows that, even if this finish
4023                          * time is pushed to the system virtual time
4024                          * to reduce the consequent timestamp
4025                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4026                          * many re-activations a lower finish time
4027                          * than all newly activated queues.
4028                          *
4029                          * The service needed by bfqq is measured
4030                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4031                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4032                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4033                          * of sectors that the process associated with
4034                          * bfqq requested to read/write before waiting
4035                          * for request completions, or blocking for
4036                          * other reasons.
4037                          */
4038                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4039                         break;
4040                 default:
4041                         return;
4042                 }
4043         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4044                 /*
4045                  * Async queues get always the maximum possible
4046                  * budget, as for them we do not care about latency
4047                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4048                  * by the charging factor).
4049                  */
4050                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4051         }
4052
4053         bfqq->max_budget = budget;
4054
4055         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4056             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4057                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4058
4059         /*
4060          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4061          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4062          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4063          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4064          * update.
4065          *
4066          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4067          * it will be updated on the arrival of a new request.
4068          */
4069         next_rq = bfqq->next_rq;
4070         if (next_rq)
4071                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4072                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4073
4074         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4075                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4076                         bfqq->entity.budget);
4077 }
4078
4079 /*
4080  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4081  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4082  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4083  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4084  * on the function bfq_bfqq_expire().
4085  *
4086  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4087  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4088  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4089  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4090  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4091  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4092  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4093  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4094  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4095  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4096  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4097  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4098  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4099  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4100  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4101  * finishes.
4102  *
4103  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4104  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4105  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4106  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4107  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4108  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4109  */
4110 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4111                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4112                                  unsigned long *delta_ms)
4113 {
4114         ktime_t delta_ktime;
4115         u32 delta_usecs;
4116         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4117
4118         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4119                 return false;
4120
4121         if (compensate)
4122                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4123         else
4124                 delta_ktime = ktime_get();
4125         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4126         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4127
4128         /* don't use too short time intervals */
4129         if (delta_usecs < 1000) {
4130                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4131                          /*
4132                           * give same worst-case guarantees as idling
4133                           * for seeky
4134                           */
4135                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4136                 else /* charge at least one seek */
4137                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4138
4139                 return slow;
4140         }
4141
4142         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4143
4144         /*
4145          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4146          * spikes in service rate estimation.
4147          */
4148         if (delta_usecs > 20000) {
4149                 /*
4150                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4151                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4152                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4153                  * rate is likely to be an average over the disk
4154                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4155                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4156                  * its rate has been lower than half of the estimated
4157                  * peak rate.
4158                  */
4159                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4160         }
4161
4162         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4163
4164         return slow;
4165 }
4166
4167 /*
4168  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4169  * requirements. First, the application must not require an average
4170  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4171  * record a compressed high-definition video.
4172  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4173  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4174  * that, if the next request of the application does not arrive before
4175  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4176  *
4177  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4178  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4179  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4180  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4181  * and so on.
4182  * For this reason the next function is invoked to compute
4183  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4184  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4185  * not.
4186  *
4187  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4188  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4189  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4190  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4191  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4192  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4193  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4194  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4195  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4196  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4197  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4198  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4199  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4200  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4201  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4202  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4203  *
4204  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4205  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4206  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4207  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4208  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4209  *     the return value of this function with the current time plus
4210  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4211  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4212  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4213  *     real-time application spends some time processing data, after a
4214  *     batch of its requests has been completed.
4215  *
4216  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4217  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4218  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4219  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4220  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4221  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4222  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4223  *     time intervals are usually interspersed between other time
4224  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4225  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4226  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4227  *     function happen to be so high, near the end of any such
4228  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4229  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4230  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4231  *     this function. As a consequence, if the last value of
4232  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4233  *     next value that this function may return, then, from the very
4234  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4235  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4236  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4237  *     to soon for the application to be deemed as soft
4238  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4239  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4240  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4241  *
4242  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4243  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4244  * application, if the reference quantity was just
4245  * bfqd->bfq_slice_idle:
4246  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4247  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4248  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4249  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4250  *    is rather lower than the exact value.
4251  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4252  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4253  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4254  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4255  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4256  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4257  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4258  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4259  */
4260 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4261                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4262 {
4263         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4264                     bfqq->last_idle_bklogged +
4265                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4266                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4267                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4268 }
4269
4270 /**
4271  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4272  * @bfqd: device owning the queue.
4273  * @bfqq: the queue to expire.
4274  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4275  * @reason: the reason causing the expiration.
4276  *
4277  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4278  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4279  * in service instead of the service it has received (see
4280  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4281  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4282  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4283  * received more service than what it has actually received. In the
4284  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4285  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4286  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4287  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4288  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4289  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4290  *
4291  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4292  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4293  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4294  * guarantees among the latter.
4295  */
4296 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4297                      struct bfq_queue *bfqq,
4298                      bool compensate,
4299                      enum bfqq_expiration reason)
4300 {
4301         bool slow;
4302         unsigned long delta = 0;
4303         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4304
4305         /*
4306          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4307          */
4308         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4309
4310         /*
4311          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4312          * timed-out queues with the time and not the service
4313          * received, to favor sequential workloads.
4314          *
4315          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4316          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4317          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4318          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4319          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4320          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4321          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4322          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4323          * or quasi-sequential processes.
4324          */
4325         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4326             (slow ||
4327              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4328               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4329                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4330
4331         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4332                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4333
4334         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4335             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4336                 /*
4337                  * If we get here, and there are no outstanding
4338                  * requests, then the request pattern is isochronous
4339                  * (see the comments on the function
4340                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4341                  * compute soft_rt_next_start.
4342                  *
4343                  * If, instead, the queue still has outstanding
4344                  * requests, then we have to wait for the completion
4345                  * of all the outstanding requests to discover whether
4346                  * the request pattern is actually isochronous.
4347                  */
4348                 if (bfqq->dispatched == 0)
4349                         bfqq->soft_rt_next_start =
4350                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4351                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4352                         /*
4353                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4354                          * the task may be discovered to be isochronous.
4355                          */
4356                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4357                 }
4358         }
4359
4360         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4361                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4362                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4363
4364         /*
4365          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4366          * any longer: reset state machine for measuring total service
4367          * times.
4368          */
4369         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4370         bfqd->waited_rq = NULL;
4371
4372         /*
4373          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4374          * reason.
4375          */
4376         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4377         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4378                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4379                 return;
4380
4381         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4382         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4383             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4384             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4385                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4386                 /*
4387                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4388                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4389                  * service with this same budget (as if it never expired)
4390                  */
4391         } else
4392                 entity->service = 0;
4393
4394         /*
4395          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4396          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4397          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4398          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4399          * chance to go on being served using the last, partially
4400          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4401          * because if bfqq then actually goes on being served using
4402          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4403          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4404          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4405          * to keep entity->service for parent entities too, because
4406          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4407          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4408          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4409          * service with the same budget.
4410          */
4411         entity = entity->parent;
4412         for_each_entity(entity)
4413                 entity->service = 0;
4414 }
4415
4416 /*
4417  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4418  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4419  * idle timer expirations.
4420  */
4421 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4422 {
4423         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4424 }
4425
4426 /*
4427  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4428  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4429  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4430  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4431  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4432  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4433  */
4434 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4435 {
4436         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4437                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4438                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4439                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4440                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4441
4442         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4443                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4444                 &&
4445                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4446 }
4447
4448 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4449                                              struct bfq_queue *bfqq)
4450 {
4451         bool rot_without_queueing =
4452                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4453                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4454                 idling_boosts_thr;
4455
4456         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4457         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4458                 return false;
4459
4460         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4461                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4462
4463         /*
4464          * The next variable takes into account the cases where idling
4465          * boosts the throughput.
4466          *
4467          * The value of the variable is computed considering, first, that
4468          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4469          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4470          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4471          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4472          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4473          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4474          *     I/O-bound and sequential.
4475          *
4476          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4477          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4478          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4479          * the throughput in proportion to how fast the device
4480          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4481          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4482          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4483          * flash-based device.
4484          */
4485         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4486                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4487                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4488
4489         /*
4490          * The return value of this function is equal to that of
4491          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4492          * special case, described below, idling may cause problems to
4493          * weight-raised queues.
4494          *
4495          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4496          * of write hogs), if the processes associated with
4497          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4498          * then processes associated with weight-raised queues have a
4499          * higher probability to get a request from the pool
4500          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4501          * they have a higher probability to actually get a fraction
4502          * of the device throughput proportional to their high
4503          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4504          * which enqueue several requests in advance, and further
4505          * reorder internally-queued requests.
4506          *
4507          * For this reason, we force to false the return value if
4508          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4509          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4510          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4511          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4512          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4513          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4514          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4515          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4516          * requests from the request pool, before the busy
4517          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4518          * starvation problems in the presence of heavy write
4519          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4520          * application and system responsiveness in these hostile
4521          * scenarios.
4522          */
4523         return idling_boosts_thr &&
4524                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4525 }
4526
4527 /*
4528  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4529  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4530  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4531  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4532  * critical role as well.
4533  *
4534  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4535  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4536  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4537  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4538  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4539  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4540  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4541  * issue.
4542  *
4543  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4544  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4545  * functions providing the main pieces of information needed by this
4546  * function.
4547  */
4548 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4549 {
4550         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4551         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4552
4553         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4554         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4555                 return false;
4556
4557         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4558                 return true;
4559
4560         /*
4561          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4562          * do not idle if
4563          * (a) bfqq is async
4564          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4565          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4566          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4567          */
4568         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4569            bfq_class_idle(bfqq))
4570                 return false;
4571
4572         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4573                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4574
4575         idling_needed_for_service_guar =
4576                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4577
4578         /*
4579          * We have now the two components we need to compute the
4580          * return value of the function, which is true only if idling
4581          * either boosts the throughput (without issues), or is
4582          * necessary to preserve service guarantees.
4583          */
4584         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4585                 idling_needed_for_service_guar;
4586 }
4587
4588 /*
4589  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4590  * returns true, then:
4591  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4592  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4593  *    request for the queue.
4594  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4595  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4596  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4597  * returns true.
4598  */
4599 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4600 {
4601         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4602 }
4603
4604 /*
4605  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4606  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4607  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4608  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4609  * below.
4610  */
4611 static struct bfq_queue *
4612 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4613 {
4614         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4615         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4616         /*
4617          * If
4618          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4619          *   time-critical I/O,
4620          * or
4621          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4622          *   however a long think time, during which it can absorb the
4623          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4624          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4625          *   details on the computation of this number);
4626          * then injection can be performed without restrictions.
4627          */
4628         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4629                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4630
4631         /*
4632          * If
4633          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4634          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4635          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4636          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4637          *   significantly;
4638          * then temporarily raise inject limit to one request.
4639          */
4640         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4641             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4642             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4643                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4644                 )
4645                 limit = 1;
4646
4647         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4648                 return NULL;
4649
4650         /*
4651          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4652          * a high probability, very few steps are needed to find a
4653          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4654          * its next request. In fact:
4655          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4656          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4657          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4658          *   service, then the queue is removed from the active list
4659          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4660          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4661          */
4662         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4663                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4664                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4665                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4666                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4667                         /*
4668                          * Allow for only one large in-flight request
4669                          * on non-rotational devices, for the
4670                          * following reason. On non-rotationl drives,
4671                          * large requests take much longer than
4672                          * smaller requests to be served. In addition,
4673                          * the drive prefers to serve large requests
4674                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4675                          * having more than one large requests queued
4676                          * in the drive may easily make the next first
4677                          * request of the in-service queue wait for so
4678                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4679                          * the bright side, large requests let the
4680                          * drive reach a very high throughput, even if
4681                          * there is only one in-flight large request
4682                          * at a time.
4683                          */
4684                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4685                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4686                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4687                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4688                         else
4689                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4690
4691                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4692                                 bfqd->rqs_injected = true;
4693                                 return bfqq;
4694                         }
4695                 }
4696
4697         return NULL;
4698 }
4699
4700 /*
4701  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4702  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4703  */
4704 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4705 {
4706         struct bfq_queue *bfqq;
4707         struct request *next_rq;
4708         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4709
4710         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4711         if (!bfqq)
4712                 goto new_queue;
4713
4714         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4715
4716         /*
4717          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4718          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4719          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4720          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4721          * bfq_completed_request().
4722          */
4723         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4724             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4725                 goto expire;
4726
4727 check_queue:
4728         /*
4729          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4730          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4731          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4732          * request served.
4733          */
4734         next_rq = bfqq->next_rq;
4735         /*
4736          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4737          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4738          */
4739         if (next_rq) {
4740                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4741                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4742                         /*
4743                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4744                          * which makes sure that the next budget is
4745                          * enough to serve the next request, even if
4746                          * it comes from the fifo expired path.
4747                          */
4748                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4749                         goto expire;
4750                 } else {
4751                         /*
4752                          * The idle timer may be pending because we may
4753                          * not disable disk idling even when a new request
4754                          * arrives.
4755                          */
4756                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4757                                 /*
4758                                  * If we get here: 1) at least a new request
4759                                  * has arrived but we have not disabled the
4760                                  * timer because the request was too small,
4761                                  * 2) then the block layer has unplugged
4762                                  * the device, causing the dispatch to be
4763                                  * invoked.
4764                                  *
4765                                  * Since the device is unplugged, now the
4766                                  * requests are probably large enough to
4767                                  * provide a reasonable throughput.
4768                                  * So we disable idling.
4769                                  */
4770                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4771                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4772                         }
4773                         goto keep_queue;
4774                 }
4775         }
4776
4777         /*
4778          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4779          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4780          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4781          *
4782          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4783          * throughput and is possible.
4784          */
4785         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4786             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4787                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4788                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4789                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4790                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4791                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4792                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4793                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4794                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4795                                      struct bfq_queue,
4796                                      woken_list_node)
4797                         : NULL;
4798
4799                 /*
4800                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4801                  * whether to try injection, and choose the queue to
4802                  * pick an I/O request from.
4803                  *
4804                  * The first if checks whether the process associated
4805                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4806                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4807                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4808                  * process. On the contrary, it can only increase
4809                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4810                  *
4811                  * The second if checks whether there happens to be a
4812                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4813                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4814                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4815                  * a process that does some sync. A sync generates
4816                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4817                  * the process associated with bfqq can go on with its
4818                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4819                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4820                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4821                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4822                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4823                  * throughput. The best action to take is therefore to
4824                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4825                  * (without relying on the third alternative below for
4826                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4827                  * paragraph for further details). This systematic
4828                  * injection of I/O from the waker queue does not
4829                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4830                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4831                  * for it is not blocked for milliseconds.
4832                  *
4833                  * The third if checks whether there is a queue woken
4834                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4835                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4836                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4837                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4838                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4839                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4840                  *
4841                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4842                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4843                  * bfqq delivers more throughput when served without
4844                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4845                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4846                  * count more than overall throughput, and may be
4847                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4848                  * has a short think time). If none of these
4849                  * conditions holds, then a candidate queue for
4850                  * injection is looked for through
4851                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4852                  * latter may return NULL (for example if the inject
4853                  * limit for bfqq is currently 0).
4854                  *
4855                  * NOTE: motivation for the second alternative
4856                  *
4857                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4858                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4859                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4860                  * waker queue has pending I/O requests that are
4861                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4862                  * above lets the waker queue get served before the
4863                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4864                  * second alternative superfluous. It is not, because
4865                  * the fourth alternative may be way less effective in
4866                  * case of a synchronization. For two main
4867                  * reasons. First, throughput may be low because the
4868                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4869                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4870                  * other queues, that the second alternative
4871                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4872                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4873                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4874                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4875                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4876                  * may not be minimized, because the waker queue may
4877                  * happen to be served only after other queues.
4878                  */
4879                 if (async_bfqq &&
4880                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4881                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4882                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4883                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4884                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4885                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4886                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4887                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4888                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4889                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4890                         )
4891                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4892                 else if (blocked_bfqq &&
4893                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4894                            blocked_bfqq->next_rq &&
4895                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4896                                               blocked_bfqq) <=
4897                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4898                         )
4899                         bfqq = blocked_bfqq;
4900                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4901                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4902                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4903                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4904                 else
4905                         bfqq = NULL;
4906
4907                 goto keep_queue;
4908         }
4909
4910         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4911 expire:
4912         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4913 new_queue:
4914         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4915         if (bfqq) {
4916                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4917                 goto check_queue;
4918         }
4919 keep_queue:
4920         if (bfqq)
4921                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4922         else
4923                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4924
4925         return bfqq;
4926 }
4927
4928 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4929 {
4930         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4931
4932         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4933                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4934                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4935                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4936                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4937                         bfqq->wr_coeff,
4938                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4939
4940                 if (entity->prio_changed)
4941                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4942
4943                 /*
4944                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4945                  * time has elapsed from the beginning of this
4946                  * weight-raising period, then end weight raising.
4947                  */
4948                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4949                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4950                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4951                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4952                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4953                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4954                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4955                                 /*
4956                                  * Either in interactive weight
4957                                  * raising, or in soft_rt weight
4958                                  * raising with the
4959                                  * interactive-weight-raising period
4960                                  * elapsed (so no switch back to
4961                                  * interactive weight raising).
4962                                  */
4963                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4964                         } else { /*
4965                                   * soft_rt finishing while still in
4966                                   * interactive period, switch back to
4967                                   * interactive weight raising
4968                                   */
4969                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4970                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4971                         }
4972                 }
4973                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4974                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4975                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4976                         /* see comments on max_service_from_wr */
4977                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4978                 }
4979         }
4980         /*
4981          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4982          * update weight both if it must be raised and if it must be
4983          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4984          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4985          * next function with the last parameter unset (see the
4986          * comments on the function).
4987          */
4988         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4989                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4990                                                 entity, false);
4991 }
4992
4993 /*
4994  * Dispatch next request from bfqq.
4995  */
4996 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4997                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4998 {
4999         struct request *rq = bfqq->next_rq;
5000         unsigned long service_to_charge;
5001
5002         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
5003
5004         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
5005
5006         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
5007                 bfqd->wait_dispatch = false;
5008                 bfqd->waited_rq = rq;
5009         }
5010
5011         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
5012
5013         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
5014                 goto return_rq;
5015
5016         /*
5017          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5018          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5019          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5020          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5021          * weight-raised during this service slot, even if it has
5022          * received part or even most of the service as a
5023          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5024          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5025          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5026          */
5027         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5028
5029         /*
5030          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5031          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5032          * service.
5033          */
5034         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
5035                 goto return_rq;
5036
5037         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5038
5039 return_rq:
5040         return rq;
5041 }
5042
5043 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5044 {
5045         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5046
5047         /*
5048          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
5049          * most a call to dispatch for nothing
5050          */
5051         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5052                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
5053 }
5054
5055 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5056 {
5057         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5058         struct request *rq = NULL;
5059         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5060
5061         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5062                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5063                                       queuelist);
5064                 list_del_init(&rq->queuelist);
5065
5066                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5067
5068                 if (bfqq) {
5069                         /*
5070                          * Increment counters here, because this
5071                          * dispatch does not follow the standard
5072                          * dispatch flow (where counters are
5073                          * incremented)
5074                          */
5075                         bfqq->dispatched++;
5076
5077                         goto inc_in_driver_start_rq;
5078                 }
5079
5080                 /*
5081                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5082                  * decrement rq_in_driver, but
5083                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5084                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5085                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
5086                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
5087                  * lower than it should be while this request is in
5088                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5089                  * invoked uselessly.
5090                  *
5091                  * As for implementing an exact solution, the
5092                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5093                  * probably invoked also on this request. So, by
5094                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5095                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5096                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5097                  * let the value of the counter be always accurate,
5098                  * but it would entail using an extra interface
5099                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5100                  * being the frequency of non-elevator-private
5101                  * requests very low.
5102                  */
5103                 goto start_rq;
5104         }
5105
5106         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5107                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5108
5109         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5110                 goto exit;
5111
5112         /*
5113          * Force device to serve one request at a time if
5114          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5115          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5116          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5117          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5118          * some unlucky request wait for as long as the device
5119          * wishes.
5120          *
5121          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5122          * throughput.
5123          */
5124         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5125                 goto exit;
5126
5127         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5128         if (!bfqq)
5129                 goto exit;
5130
5131         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5132
5133         if (rq) {
5134 inc_in_driver_start_rq:
5135                 bfqd->rq_in_driver++;
5136 start_rq:
5137                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5138         }
5139 exit:
5140         return rq;
5141 }
5142
5143 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5144 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5145                                       struct request *rq,
5146                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5147                                       bool idle_timer_disabled)
5148 {
5149         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5150
5151         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5152                 return;
5153
5154         /*
5155          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5156          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5157          * dispatched to the device, and then can be completed and
5158          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5159          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5160          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5161          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5162          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5163          *
5164          * In addition, the following queue lock guarantees that
5165          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5166          */
5167         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5168         if (idle_timer_disabled)
5169                 /*
5170                  * Since the idle timer has been disabled,
5171                  * in_serv_queue contained some request when
5172                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5173                  * implies that rq was picked exactly from
5174                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5175                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5176                  * arguments.
5177                  */
5178                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5179         if (bfqq) {
5180                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5181
5182                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5183                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5184                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5185         }
5186         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5187 }
5188 #else
5189 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5190                                              struct request *rq,
5191                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5192                                              bool idle_timer_disabled) {}
5193 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5194
5195 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5196 {
5197         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5198         struct request *rq;
5199         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5200         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5201
5202         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5203
5204         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5205         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5206
5207         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5208         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5209                 idle_timer_disabled =
5210                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5211         }
5212
5213         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5214         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5215                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5216                                 idle_timer_disabled);
5217
5218         return rq;
5219 }
5220
5221 /*
5222  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5223  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5224  *
5225  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5226  * this function on it.
5227  */
5228 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5229 {
5230         struct bfq_queue *item;
5231         struct hlist_node *n;
5232         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5233
5234         if (bfqq->bfqd)
5235                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
5236                              bfqq, bfqq->ref);
5237
5238         bfqq->ref--;
5239         if (bfqq->ref)
5240                 return;
5241
5242         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5243                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5244                 /*
5245                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5246                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5247                  * does not contribute to the burst any longer. This
5248                  * decrement helps filter out false positives of large
5249                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5250                  * the execution of commands by some service) happens
5251                  * to start and exit while a complex application is
5252                  * starting, and thus spawning several processes that
5253                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5254                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5255                  *
5256                  * In particular, the decrement is performed only if:
5257                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5258                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5259                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5260                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5261                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5262                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5263                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5264                  * the current burst list--without incrementing
5265                  * bust_size--because of a split, but the current
5266                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5267                  * (see comments on the case of a split in
5268                  * bfq_set_request).
5269                  */
5270                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5271                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5272         }
5273
5274         /*
5275          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5276          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5277          * must be removed from the woken list of its possible waker
5278          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5279          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5280          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5281          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5282          * particular, this happens when the last process associated
5283          * with bfqq exits or gets associated with a different
5284          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5285          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5286          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5287          * way to handle all cases.
5288          */
5289         /* remove bfqq from woken list */
5290         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5291                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5292
5293         /* reset waker for all queues in woken list */
5294         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5295                                   woken_list_node) {
5296                 item->waker_bfqq = NULL;
5297                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5298         }
5299
5300         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5301                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5302
5303         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5304         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5305 }
5306
5307 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5308 {
5309         bfqq->stable_ref--;
5310         bfq_put_queue(bfqq);
5311 }
5312
5313 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5314 {
5315         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5316
5317         /*
5318          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5319          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5320          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5321          */
5322         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5323         while (__bfqq) {
5324                 if (__bfqq == bfqq)
5325                         break;
5326                 next = __bfqq->new_bfqq;
5327                 bfq_put_queue(__bfqq);
5328                 __bfqq = next;
5329         }
5330 }
5331
5332 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5333 {
5334         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5335                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5336                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5337         }
5338
5339         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5340
5341         bfq_put_cooperator(bfqq);
5342
5343         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5344 }
5345
5346 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5347 {
5348         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5349         struct bfq_data *bfqd;
5350
5351         if (bfqq)
5352                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5353
5354         if (bfqq && bfqd) {
5355                 unsigned long flags;
5356
5357                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5358                 bfqq->bic = NULL;
5359                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5360                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5361                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5362         }
5363 }
5364
5365 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5366 {
5367         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5368
5369         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5370                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5371
5372                 /*
5373                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5374                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5375                  */
5376                 if (bfqd) {
5377                         unsigned long flags;
5378
5379                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5380                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5381                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5382                 } else {
5383                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5384                 }
5385         }
5386
5387         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5388         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5389 }
5390
5391 /*
5392  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5393  * be used until the next (re)activation.
5394  */
5395 static void
5396 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5397 {
5398         struct task_struct *tsk = current;
5399         int ioprio_class;
5400         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5401
5402         if (!bfqd)
5403                 return;
5404
5405         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5406         switch (ioprio_class) {
5407         default:
5408                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5409                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5410                         ioprio_class);
5411                 fallthrough;
5412         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5413                 /*
5414                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5415                  */
5416                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5417                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5418                 break;
5419         case IOPRIO_CLASS_RT:
5420                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5421                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5422                 break;
5423         case IOPRIO_CLASS_BE:
5424                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5425                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5426                 break;
5427         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5428                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5429                 bfqq->new_ioprio = 7;
5430                 break;
5431         }
5432
5433         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5434                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5435                         bfqq->new_ioprio);
5436                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5437         }
5438
5439         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5440         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5441                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5442         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5443 }
5444
5445 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5446                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5447                                        struct bfq_io_cq *bic,
5448                                        bool respawn);
5449
5450 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5451 {
5452         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5453         struct bfq_queue *bfqq;
5454         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5455
5456         /*
5457          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5458          * drop the lock before returning.
5459          */
5460         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5461                 return;
5462
5463         bic->ioprio = ioprio;
5464
5465         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5466         if (bfqq) {
5467                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5468                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5469                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5470         }
5471
5472         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5473         if (bfqq)
5474                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5475 }
5476
5477 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5478                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5479 {
5480         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5481
5482         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5483         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5484         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5485         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5486         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5487
5488         bfqq->ref = 0;
5489         bfqq->bfqd = bfqd;
5490
5491         if (bic)
5492                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5493
5494         if (is_sync) {
5495                 /*
5496                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5497                  * idle_class, because no device idling is performed
5498                  * for queues in idle class
5499                  */
5500                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5501                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5502                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5503                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5504                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5505         } else
5506                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5507
5508         /* set end request to minus infinity from now */
5509         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5510
5511         bfqq->creation_time = jiffies;
5512
5513         bfqq->io_start_time = now_ns;
5514
5515         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5516
5517         bfqq->pid = pid;
5518
5519         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5520         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5521         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5522
5523         bfqq->wr_coeff = 1;
5524         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5525         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5526         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5527
5528         /*
5529          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5530          * process/queue in the recent past,
5531          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5532          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5533          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5534          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5535          * no bandwidth so far.
5536          */
5537         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5538
5539         /* first request is almost certainly seeky */
5540         bfqq->seek_history = 1;
5541 }
5542
5543 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5544                                                struct bfq_group *bfqg,
5545                                                int ioprio_class, int ioprio)
5546 {
5547         switch (ioprio_class) {
5548         case IOPRIO_CLASS_RT:
5549                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5550         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5551                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5552                 fallthrough;
5553         case IOPRIO_CLASS_BE:
5554                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5555         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5556                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5557         default:
5558                 return NULL;
5559         }
5560 }
5561
5562 static struct bfq_queue *
5563 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5564                           struct bfq_io_cq *bic,
5565                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5566 {
5567         struct bfq_queue *new_bfqq =
5568                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5569
5570         if (!new_bfqq)
5571                 return bfqq;
5572
5573         if (new_bfqq->bic)
5574                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5575         bic->stably_merged = true;
5576
5577         /*
5578          * Reusing merge functions. This implies that
5579          * bfqq->bic must be set too, for
5580          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5581          * state before killing it.
5582          */
5583         bfqq->bic = bic;
5584         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5585
5586         return new_bfqq;
5587 }
5588
5589 /*
5590  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5591  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5592  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5593  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5594  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5595  * remains temporarily empty.
5596  *
5597  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5598  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5599  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5600  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5601  * basing on the following two facts.
5602  *
5603  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5604  * contribute to the execution/completion of that common application
5605  * or task. So the performance figures that matter are total
5606  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5607  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5608  * of individual bandwidth or latency.
5609  *
5610  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5611  *
5612  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5613  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5614  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5615  * involved processes are.
5616  *
5617  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5618  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5619  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5620  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5621  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5622  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5623  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5624  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5625  *
5626  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5627  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5628  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5629  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5630  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5631  *
5632  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5633  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5634  */
5635 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5636                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5637                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5638 {
5639         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5640                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5641                 &bfqd->last_bfqq_created;
5642
5643         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5644
5645         /*
5646          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5647          * it has been set already, but too long ago, then move it
5648          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5649          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5650          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5651          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5652          * schedule a delayed stable merge.
5653          *
5654          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5655          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5656          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5657          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5658          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5659          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5660          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5661          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5662          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5663          */
5664         if (!last_bfqq_created ||
5665             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5666                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5667                         bfqq->creation_time) ||
5668                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5669                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5670                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5671                 *source_bfqq = bfqq;
5672         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5673                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5674                                  bfqq->creation_time)) {
5675                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5676                         /*
5677                          * With this type of drive, leaving
5678                          * bfqq alone may provide no
5679                          * throughput benefits compared with
5680                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5681                          */
5682                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5683                                                          bic,
5684                                                          last_bfqq_created);
5685                 else { /* schedule tentative stable merge */
5686                         /*
5687                          * get reference on last_bfqq_created,
5688                          * to prevent it from being freed,
5689                          * until we decide whether to merge
5690                          */
5691                         last_bfqq_created->ref++;
5692                         /*
5693                          * need to keep track of stable refs, to
5694                          * compute process refs correctly
5695                          */
5696                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5697                         /*
5698                          * Record the bfqq to merge to.
5699                          */
5700                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5701                 }
5702         }
5703
5704         return bfqq;
5705 }
5706
5707
5708 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5709                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5710                                        struct bfq_io_cq *bic,
5711                                        bool respawn)
5712 {
5713         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5714         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5715         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5716         struct bfq_queue *bfqq;
5717         struct bfq_group *bfqg;
5718
5719         rcu_read_lock();
5720
5721         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5722         if (!bfqg) {
5723                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5724                 goto out;
5725         }
5726
5727         if (!is_sync) {
5728                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5729                                                   ioprio);
5730                 bfqq = *async_bfqq;
5731                 if (bfqq)
5732                         goto out;
5733         }
5734
5735         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5736                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5737                                      bfqd->queue->node);
5738
5739         if (bfqq) {
5740                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5741                               is_sync);
5742                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5743                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5744         } else {
5745                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5746                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5747                 goto out;
5748         }
5749
5750         /*
5751          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5752          * prune it.
5753          */
5754         if (async_bfqq) {
5755                 bfqq->ref++; /*
5756                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5757                               * queue. This extra reference is removed
5758                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5759                               * guarantee that this queue is not freed
5760                               * until its group goes away.
5761                               */
5762                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5763                              bfqq, bfqq->ref);
5764                 *async_bfqq = bfqq;
5765         }
5766
5767 out:
5768         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5769
5770         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5771                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5772
5773         rcu_read_unlock();
5774         return bfqq;
5775 }
5776
5777 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5778                                     struct bfq_queue *bfqq)
5779 {
5780         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5781         u64 elapsed;
5782
5783         /*
5784          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5785          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5786          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5787          */
5788         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5789                 return;
5790         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5791         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5792
5793         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5794         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5795         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5796                                      ttime->ttime_samples);
5797 }
5798
5799 static void
5800 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5801                        struct request *rq)
5802 {
5803         bfqq->seek_history <<= 1;
5804         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5805
5806         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5807             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5808             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5809                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5810                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5811                         /*
5812                          * In soft_rt weight raising with the
5813                          * interactive-weight-raising period
5814                          * elapsed (so no switch back to
5815                          * interactive weight raising).
5816                          */
5817                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5818                 } else { /*
5819                           * stopping soft_rt weight raising
5820                           * while still in interactive period,
5821                           * switch back to interactive weight
5822                           * raising
5823                           */
5824                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5825                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5826                 }
5827         }
5828 }
5829
5830 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5831                                        struct bfq_queue *bfqq,
5832                                        struct bfq_io_cq *bic)
5833 {
5834         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5835
5836         /*
5837          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5838          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5839          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5840          */
5841         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5842             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5843                 return;
5844
5845         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5846         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5847                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5848                 return;
5849
5850         /* Think time is infinite if no process is linked to
5851          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5852          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5853          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5854          */
5855         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5856             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5857              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5858                 has_short_ttime = false;
5859
5860         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5861
5862         if (has_short_ttime)
5863                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5864         else
5865                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5866
5867         /*
5868          * Until the base value for the total service time gets
5869          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5870          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5871          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5872          * short or long (details in the comments in
5873          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5874          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5875          * has changed and the above base value is still to be
5876          * computed.
5877          *
5878          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5879          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5880          * (inclusive) if the change is from short to long think
5881          * time. The reason for this waiting is as follows.
5882          *
5883          * bfqq may have a long think time because of a
5884          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5885          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5886          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5887          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5888          *
5889          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5890          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5891          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5892          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5893          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5894          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5895          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5896          * and in a severe loss of total throughput.
5897          *
5898          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5899          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5900          * bfqq to receive new I/O soon.
5901          *
5902          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5903          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5904          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5905          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5906          * would cause the body of the next if to be executed
5907          * immediately. But this would set to 0 the inject
5908          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5909          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5910          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5911          * of such a steady oscillation between the two think-time
5912          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5913          *
5914          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5915          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5916          * think time samples can grow significantly before the reset
5917          * is performed. As a consequence, the think time state can
5918          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5919          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5920          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5921          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5922          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5923          *
5924          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5925          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5926          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5927          * (as explained in the comments in
5928          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5929          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5930          * an effective handling of a synchronization, through
5931          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5932          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5933          * brought forward, because it is not blocked for
5934          * milliseconds.
5935          *
5936          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5937          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5938          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5939          * waker queue is defined in the comments in
5940          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5941          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5942          * of the waker queue unconditionally on every
5943          * bfq_dispatch_request().
5944          *
5945          * One last, important benefit of not resetting the inject
5946          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5947          * base value for the total service time is likely to get
5948          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5949          * its relation with the think time.
5950          */
5951         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5952             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5953                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5954              !has_short_ttime))
5955                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5956 }
5957
5958 /*
5959  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5960  * something we should do about it.
5961  */
5962 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5963                             struct request *rq)
5964 {
5965         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5966                 bfqq->meta_pending++;
5967
5968         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5969
5970         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5971                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5972                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5973                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5974
5975                 /*
5976                  * There is just this request queued: if
5977                  * - the request is small, and
5978                  * - we are idling to boost throughput, and
5979                  * - the queue is not to be expired,
5980                  * then just exit.
5981                  *
5982                  * In this way, if the device is being idled to wait
5983                  * for a new request from the in-service queue, we
5984                  * avoid unplugging the device and committing the
5985                  * device to serve just a small request. In contrast
5986                  * we wait for the block layer to decide when to
5987                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5988                  * merged to this one quickly, then the device will be
5989                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5990                  */
5991                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5992                     !budget_timeout)
5993                         return;
5994
5995                 /*
5996                  * A large enough request arrived, or idling is being
5997                  * performed to preserve service guarantees, or
5998                  * finally the queue is to be expired: in all these
5999                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
6000                  * wait_request flag and reset timer.
6001                  */
6002                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6003                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6004
6005                 /*
6006                  * The queue is not empty, because a new request just
6007                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
6008                  * case of budget timeout, without risking that the
6009                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
6010                  * See [1] for more details.
6011                  */
6012                 if (budget_timeout)
6013                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6014                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6015         }
6016 }
6017
6018 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
6019 {
6020         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6021
6022         for_each_entity(entity)
6023                 entity->allocated++;
6024 }
6025
6026 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
6027 {
6028         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6029
6030         for_each_entity(entity)
6031                 entity->allocated--;
6032 }
6033
6034 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6035 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6036 {
6037         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6038                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6039                                                  RQ_BIC(rq));
6040         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6041
6042         if (new_bfqq) {
6043                 /*
6044                  * Release the request's reference to the old bfqq
6045                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6046                  */
6047                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6048                 bfqq_request_freed(bfqq);
6049                 new_bfqq->ref++;
6050                 /*
6051                  * If the bic associated with the process
6052                  * issuing this request still points to bfqq
6053                  * (and thus has not been already redirected
6054                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6055                  * then complete the merge and redirect it to
6056                  * new_bfqq.
6057                  */
6058                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
6059                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6060                                         bfqq, new_bfqq);
6061
6062                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6063                 /*
6064                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6065                  * release rq reference on bfqq
6066                  */
6067                 bfq_put_queue(bfqq);
6068                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6069                 bfqq = new_bfqq;
6070         }
6071
6072         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6073         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6074         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6075
6076         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6077         bfq_add_request(rq);
6078         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6079
6080         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6081         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6082
6083         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6084
6085         return idle_timer_disabled;
6086 }
6087
6088 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6089 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6090                                     struct bfq_queue *bfqq,
6091                                     bool idle_timer_disabled,
6092                                     unsigned int cmd_flags)
6093 {
6094         if (!bfqq)
6095                 return;
6096
6097         /*
6098          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6099          * either it is merged with another queue, or the process it
6100          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6101          * the same process currently executing this flow of
6102          * instructions.
6103          *
6104          * In addition, the following queue lock guarantees that
6105          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6106          */
6107         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6108         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6109         if (idle_timer_disabled)
6110                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6111         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6112 }
6113 #else
6114 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6115                                            struct bfq_queue *bfqq,
6116                                            bool idle_timer_disabled,
6117                                            unsigned int cmd_flags) {}
6118 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6119
6120 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6121                                bool at_head)
6122 {
6123         struct request_queue *q = hctx->queue;
6124         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6125         struct bfq_queue *bfqq;
6126         bool idle_timer_disabled = false;
6127         unsigned int cmd_flags;
6128         LIST_HEAD(free);
6129
6130 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6131         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6132                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6133 #endif
6134         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6135         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6136                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6137                 blk_mq_free_requests(&free);
6138                 return;
6139         }
6140
6141         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6142
6143         trace_block_rq_insert(rq);
6144
6145         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6146         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6147         if (!bfqq || at_head) {
6148                 if (at_head)
6149                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6150                 else
6151                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6152         } else {
6153                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6154                 /*
6155                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6156                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6157                  * redirected into a new queue.
6158                  */
6159                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6160
6161                 if (rq_mergeable(rq)) {
6162                         elv_rqhash_add(q, rq);
6163                         if (!q->last_merge)
6164                                 q->last_merge = rq;
6165                 }
6166         }
6167
6168         /*
6169          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6170          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6171          * merge).
6172          */
6173         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6174         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6175
6176         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6177                                 cmd_flags);
6178 }
6179
6180 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6181                                 struct list_head *list, bool at_head)
6182 {
6183         while (!list_empty(list)) {
6184                 struct request *rq;
6185
6186                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6187                 list_del_init(&rq->queuelist);
6188                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6189         }
6190 }
6191
6192 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6193 {
6194         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6195
6196         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6197                                        bfqd->rq_in_driver);
6198
6199         if (bfqd->hw_tag == 1)
6200                 return;
6201
6202         /*
6203          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6204          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6205          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6206          * requests.
6207          */
6208         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6209                 return;
6210
6211         /*
6212          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6213          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6214          * case
6215          */
6216         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6217             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6218             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6219             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6220                 return;
6221
6222         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6223                 return;
6224
6225         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6226         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6227         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6228
6229         bfqd->nonrot_with_queueing =
6230                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6231 }
6232
6233 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6234 {
6235         u64 now_ns;
6236         u32 delta_us;
6237
6238         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6239
6240         bfqd->rq_in_driver--;
6241         bfqq->dispatched--;
6242
6243         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6244                 /*
6245                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6246                  * time at which the queue remains with no backlog and
6247                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6248                  * mechanism).
6249                  */
6250                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6251
6252                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6253         }
6254
6255         now_ns = ktime_get_ns();
6256
6257         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6258
6259         /*
6260          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6261          * computing rate in next check.
6262          */
6263         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6264
6265         /*
6266          * If the request took rather long to complete, and, according
6267          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6268          * implies that the request was certainly served at a very low
6269          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6270          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6271          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6272          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6273          * taken:
6274          * - close the observation interval at the last (previous)
6275          *   request dispatch or completion
6276          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6277          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6278          *   re-initialization of the observation interval on next
6279          *   dispatch
6280          */
6281         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6282            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6283                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6284                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6285         bfqd->last_completion = now_ns;
6286         /*
6287          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6288          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6289          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6290          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6291          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6292          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6293          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6294          */
6295         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6296                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6297         else
6298                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6299
6300         /*
6301          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6302          * of the task associated with the queue is actually
6303          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6304          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6305          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6306          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6307          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6308          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6309          * expires, if it still has in-flight requests.
6310          */
6311         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6312             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6313             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6314                 bfqq->soft_rt_next_start =
6315                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6316
6317         /*
6318          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6319          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6320          */
6321         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6322                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6323                         if (bfqq->dispatched == 0)
6324                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6325                         /*
6326                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6327                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6328                          * more requests (as controlled in the next
6329                          * conditional instructions). The reason for
6330                          * not expiring bfqq is as follows.
6331                          *
6332                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6333                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6334                          * implies that, even if no request arrives
6335                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6336                          * bfqq will, however, not be expired on the
6337                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6338                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6339                          * bfqq will start enjoying device idling
6340                          * (I/O-dispatch plugging).
6341                          *
6342                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6343                          * not have the chance to enjoy device idling
6344                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6345                          * zero. This would expose bfqq to violation
6346                          * of its reserved service guarantees.
6347                          */
6348                         return;
6349                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6350                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6351                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6352                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6353                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6354                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6355                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6356                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6357         }
6358
6359         if (!bfqd->rq_in_driver)
6360                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6361 }
6362
6363 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
6364 {
6365         bfqq_request_freed(bfqq);
6366         bfq_put_queue(bfqq);
6367 }
6368
6369 /*
6370  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6371  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6372  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6373  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6374  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6375  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6376  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6377  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6378  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6379  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6380  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6381  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6382  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6383  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6384  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6385  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6386  * of I/O flowing through bfqq.
6387  *
6388  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6389  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6390  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6391  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6392  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6393  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6394  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6395  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6396  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6397  * completed---remains lower than this limit.
6398  *
6399  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6400  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6401  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6402  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6403  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6404  * injection on the service times of only the first requests of
6405  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6406  * requests whose service time is affected most, because they are the
6407  * first to arrive after injection possibly occurred.
6408  *
6409  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6410  * "total service time" of first requests. We define as total service
6411  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6412  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6413  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6414  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6415  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6416  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6417  * part of the injected requests during the service hole, then,
6418  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6419  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6420  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6421  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6422  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6423  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6424  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6425  * requests with and without injection.
6426  *
6427  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6428  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6429  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6430  * case, it updates the limit as described below:
6431  *
6432  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6433  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6434  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6435  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6436  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6437  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6438  *     than the previous value.
6439  *
6440  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6441  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6442  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6443  *     current value of the limit is inflating the total service
6444  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6445  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6446  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6447  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6448  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6449  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6450  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6451  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6452  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6453  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6454  *
6455  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6456  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6457  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6458  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6459  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6460  *     it again without injection. A more effective version of this
6461  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6462  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6463  *     the total service time with the current limit does happen to be
6464  *     too large.
6465  *
6466  * More details on each step are provided in the comments on the
6467  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6468  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6469  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6470  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6471  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6472  */
6473 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6474                                     struct bfq_queue *bfqq)
6475 {
6476         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6477         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6478
6479         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6480                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6481
6482                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6483                         bfqq->inject_limit--;
6484                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6485                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6486                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6487                         bfqq->inject_limit++;
6488         }
6489
6490         /*
6491          * Either we still have to compute the base value for the
6492          * total service time, and there seem to be the right
6493          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6494          * computed.
6495          *
6496          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6497          * request in flight, because this function is in the code
6498          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6499          * in particular, this function is executed before
6500          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6501          */
6502         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6503             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6504                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6505                         /*
6506                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6507                          * start trying injection.
6508                          */
6509                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6510                 }
6511                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6512         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6513                 /*
6514                  * No I/O injected and no request still in service in
6515                  * the drive: these are the exact conditions for
6516                  * computing the base value of the total service time
6517                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6518                  * rather variable. For example, it varies if the size
6519                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6520                  * change.
6521                  */
6522                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6523
6524
6525         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6526         bfqd->waited_rq = NULL;
6527         bfqd->rqs_injected = false;
6528 }
6529
6530 /*
6531  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6532  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6533  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6534  * the scheduler.
6535  */
6536 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6537 {
6538         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6539         struct bfq_data *bfqd;
6540         unsigned long flags;
6541
6542         /*
6543          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6544          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6545          * a bfq_queue.
6546          */
6547         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6548                 return;
6549
6550         bfqd = bfqq->bfqd;
6551
6552         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6553                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6554                                              rq->start_time_ns,
6555                                              rq->io_start_time_ns,
6556                                              rq->cmd_flags);
6557
6558         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6559         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6560                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6561                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6562
6563                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6564         }
6565         bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6566         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6567
6568         /*
6569          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6570          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6571          * invoked again on this same request (see the check at the
6572          * beginning of the function). Probably, a better general
6573          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6574          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6575          * referred by that elevator.
6576          *
6577          * Resetting the following fields would break the
6578          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6579          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6580          * that re-insertions of requeued requests, without
6581          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6582          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6583          * queues).
6584          */
6585         rq->elv.priv[0] = NULL;
6586         rq->elv.priv[1] = NULL;
6587 }
6588
6589 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6590 {
6591         bfq_finish_requeue_request(rq);
6592
6593         if (rq->elv.icq) {
6594                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6595                 rq->elv.icq = NULL;
6596         }
6597 }
6598
6599 /*
6600  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6601  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6602  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6603  * was the last process referring to that bfqq.
6604  */
6605 static struct bfq_queue *
6606 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6607 {
6608         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6609
6610         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6611                 bfqq->pid = current->pid;
6612                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6613                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6614                 return bfqq;
6615         }
6616
6617         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6618
6619         bfq_put_cooperator(bfqq);
6620
6621         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6622         return NULL;
6623 }
6624
6625 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6626                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6627                                                    struct bio *bio,
6628                                                    bool split, bool is_sync,
6629                                                    bool *new_queue)
6630 {
6631         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6632
6633         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6634                 return bfqq;
6635
6636         if (new_queue)
6637                 *new_queue = true;
6638
6639         if (bfqq)
6640                 bfq_put_queue(bfqq);
6641         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6642
6643         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6644         if (split && is_sync) {
6645                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6646                     bic->saved_in_large_burst)
6647                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6648                 else {
6649                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6650                         if (bic->was_in_burst_list)
6651                                 /*
6652                                  * If bfqq was in the current
6653                                  * burst list before being
6654                                  * merged, then we have to add
6655                                  * it back. And we do not need
6656                                  * to increase burst_size, as
6657                                  * we did not decrement
6658                                  * burst_size when we removed
6659                                  * bfqq from the burst list as
6660                                  * a consequence of a merge
6661                                  * (see comments in
6662                                  * bfq_put_queue). In this
6663                                  * respect, it would be rather
6664                                  * costly to know whether the
6665                                  * current burst list is still
6666                                  * the same burst list from
6667                                  * which bfqq was removed on
6668                                  * the merge. To avoid this
6669                                  * cost, if bfqq was in a
6670                                  * burst list, then we add
6671                                  * bfqq to the current burst
6672                                  * list without any further
6673                                  * check. This can cause
6674                                  * inappropriate insertions,
6675                                  * but rarely enough to not
6676                                  * harm the detection of large
6677                                  * bursts significantly.
6678                                  */
6679                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6680                                                &bfqd->burst_list);
6681                 }
6682                 bfqq->split_time = jiffies;
6683         }
6684
6685         return bfqq;
6686 }
6687
6688 /*
6689  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6690  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6691  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6692  * preparation.
6693  */
6694 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6695 {
6696         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6697
6698         /*
6699          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6700          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6701          * previously allocated bic/bfqq structs.
6702          */
6703         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6704 }
6705
6706 /*
6707  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6708  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6709  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6710  * not associated with any bfq_queue.
6711  *
6712  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6713  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6714  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6715  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6716  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6717  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6718  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6719  * signal this transformation. As a consequence, should these
6720  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6721  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6722  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6723  * incremented some queue counters for an rq destined to
6724  * transformation, without any chance to correctly lower these
6725  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6726  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6727  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6728  */
6729 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6730 {
6731         struct request_queue *q = rq->q;
6732         struct bio *bio = rq->bio;
6733         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6734         struct bfq_io_cq *bic;
6735         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6736         struct bfq_queue *bfqq;
6737         bool new_queue = false;
6738         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6739
6740         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6741                 return NULL;
6742
6743         /*
6744          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6745          * for this rq. This holds true, because this function is
6746          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6747          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6748          * being removed from bfq.
6749          */
6750         if (rq->elv.priv[1])
6751                 return rq->elv.priv[1];
6752
6753         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6754
6755         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6756
6757         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6758
6759         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6760                                          &new_queue);
6761
6762         if (likely(!new_queue)) {
6763                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6764                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6765                         !bic->stably_merged) {
6766                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6767
6768                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6769                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6770                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6771
6772                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6773                         split = true;
6774
6775                         if (!bfqq) {
6776                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6777                                                                  true, is_sync,
6778                                                                  NULL);
6779                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6780                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6781
6782                                 /*
6783                                  * If the waker queue disappears, then
6784                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6785                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6786                                  * woken_list of the waker. See
6787                                  * bfq_check_waker for details.
6788                                  */
6789                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6790                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6791                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6792                         } else
6793                                 bfqq_already_existing = true;
6794                 }
6795         }
6796
6797         bfqq_request_allocated(bfqq);
6798         bfqq->ref++;
6799         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6800                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6801
6802         rq->elv.priv[0] = bic;
6803         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6804
6805         /*
6806          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6807          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6808          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6809          * resume its state.
6810          */
6811         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6812                 bfqq->bic = bic;
6813                 if (split) {
6814                         /*
6815                          * The queue has just been split from a shared
6816                          * queue: restore the idle window and the
6817                          * possible weight raising period.
6818                          */
6819                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6820                                               bfqq_already_existing);
6821                 }
6822         }
6823
6824         /*
6825          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6826          * created queues only if:
6827          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6828          * or
6829          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6830          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6831          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6832          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6833          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6834          *    bfq_handle_burst().
6835          *
6836          * This filtering also helps eliminating false positives,
6837          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6838          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6839          * to trigger the creation of new queues very close to when
6840          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6841          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6842          * this issue.
6843          */
6844         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6845                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6846                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6847                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6848
6849         return bfqq;
6850 }
6851
6852 static void
6853 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6854 {
6855         enum bfqq_expiration reason;
6856         unsigned long flags;
6857
6858         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6859
6860         /*
6861          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6862          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6863          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6864          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6865          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6866          */
6867         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6868                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6869                 return;
6870         }
6871
6872         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6873
6874         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6875                 /*
6876                  * Also here the queue can be safely expired
6877                  * for budget timeout without wasting
6878                  * guarantees
6879                  */
6880                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6881         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6882                 /*
6883                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6884                  * because we may not disable the timer when the
6885                  * first request of the in-service queue arrives
6886                  * during disk idling.
6887                  */
6888                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6889         else
6890                 goto schedule_dispatch;
6891
6892         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6893
6894 schedule_dispatch:
6895         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6896         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6897 }
6898
6899 /*
6900  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6901  * is idling inside its time slice.
6902  */
6903 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6904 {
6905         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6906                                              idle_slice_timer);
6907         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6908
6909         /*
6910          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6911          * different from the queue that was idling if a new request
6912          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6913          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6914          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6915          * early.
6916          */
6917         if (bfqq)
6918                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6919
6920         return HRTIMER_NORESTART;
6921 }
6922
6923 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6924                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6925 {
6926         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6927
6928         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6929         if (bfqq) {
6930                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6931
6932                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6933                              bfqq, bfqq->ref);
6934                 bfq_put_queue(bfqq);
6935                 *bfqq_ptr = NULL;
6936         }
6937 }
6938
6939 /*
6940  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6941  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6942  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6943  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6944  */
6945 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6946 {
6947         int i, j;
6948
6949         for (i = 0; i < 2; i++)
6950                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6951                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6952
6953         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6954 }
6955
6956 /*
6957  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6958  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6959  */
6960 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
6961 {
6962         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
6963
6964         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
6965         /*
6966          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6967          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6968          *
6969          * In next formulas, right-shift the value
6970          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6971          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6972          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6973          * limit 'something'.
6974          */
6975         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6976         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
6977         /*
6978          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6979          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6980          * writes)
6981          */
6982         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
6983
6984         /*
6985          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6986          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6987          * highest percentage for which, in our tests, application
6988          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6989          * shortage.
6990          */
6991         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6992         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
6993         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6994         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
6995 }
6996
6997 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6998 {
6999         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
7000         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
7001
7002         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
7003         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
7004 }
7005
7006 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
7007 {
7008         bfq_depth_updated(hctx);
7009         return 0;
7010 }
7011
7012 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
7013 {
7014         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7015         struct bfq_queue *bfqq, *n;
7016
7017         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7018
7019         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7020         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
7021                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
7022         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7023
7024         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7025
7026         /* release oom-queue reference to root group */
7027         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
7028
7029 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7030         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
7031 #else
7032         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7033         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7034         kfree(bfqd->root_group);
7035         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7036 #endif
7037
7038         wbt_enable_default(bfqd->queue);
7039
7040         kfree(bfqd);
7041 }
7042
7043 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7044                                 struct bfq_data *bfqd)
7045 {
7046         int i;
7047
7048 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7049         root_group->entity.parent = NULL;
7050         root_group->my_entity = NULL;
7051         root_group->bfqd = bfqd;
7052 #endif
7053         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7054         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7055                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7056         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7057 }
7058
7059 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7060 {
7061         struct bfq_data *bfqd;
7062         struct elevator_queue *eq;
7063
7064         eq = elevator_alloc(q, e);
7065         if (!eq)
7066                 return -ENOMEM;
7067
7068         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7069         if (!bfqd) {
7070                 kobject_put(&eq->kobj);
7071                 return -ENOMEM;
7072         }
7073         eq->elevator_data = bfqd;
7074
7075         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7076         q->elevator = eq;
7077         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7078
7079         /*
7080          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7081          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7082          * will not attempt to free it.
7083          */
7084         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
7085         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7086         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7087         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7088         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7089                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7090
7091         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7092         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7093
7094         /*
7095          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7096          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7097          * class won't be changed any more.
7098          */
7099         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7100
7101         bfqd->queue = q;
7102
7103         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7104
7105         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7106                      HRTIMER_MODE_REL);
7107         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7108
7109         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7110         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7111
7112         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7113         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7114         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7115
7116         bfqd->hw_tag = -1;
7117         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7118
7119         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7120
7121         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7122         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7123         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7124         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7125         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7126         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7127
7128         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7129         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7130
7131         bfqd->low_latency = true;
7132
7133         /*
7134          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7135          */
7136         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7137         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7138         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7139         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7140         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7141         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7142                                               * Approximate rate required
7143                                               * to playback or record a
7144                                               * high-definition compressed
7145                                               * video.
7146                                               */
7147         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7148
7149         /*
7150          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7151          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7152          */
7153         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7154                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7155         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7156
7157         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7158
7159         /*
7160          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7161          * function is the head of a chain of function calls
7162          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7163          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7164          * has_work hook function. For this reason,
7165          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7166          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7167          * that can be initialized only after invoking
7168          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7169          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7170          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7171          * from invoking further scheduler hooks before this init
7172          * function is finished.
7173          */
7174         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7175         if (!bfqd->root_group)
7176                 goto out_free;
7177         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7178         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7179
7180         wbt_disable_default(q);
7181         return 0;
7182
7183 out_free:
7184         kfree(bfqd);
7185         kobject_put(&eq->kobj);
7186         return -ENOMEM;
7187 }
7188
7189 static void bfq_slab_kill(void)
7190 {
7191         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7192 }
7193
7194 static int __init bfq_slab_setup(void)
7195 {
7196         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7197         if (!bfq_pool)
7198                 return -ENOMEM;
7199         return 0;
7200 }
7201
7202 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7203 {
7204         return sprintf(page, "%u\n", var);
7205 }
7206
7207 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7208 {
7209         unsigned long new_val;
7210         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7211
7212         if (ret)
7213                 return ret;
7214         *var = new_val;
7215         return 0;
7216 }
7217
7218 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7219 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7220 {                                                                       \
7221         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7222         u64 __data = __VAR;                                             \
7223         if (__CONV == 1)                                                \
7224                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7225         else if (__CONV == 2)                                           \
7226                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7227         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7228 }
7229 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7230 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7231 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7232 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7233 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7234 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7235 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7236 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7237 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7238 #undef SHOW_FUNCTION
7239
7240 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7241 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7242 {                                                                       \
7243         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7244         u64 __data = __VAR;                                             \
7245         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7246         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7247 }
7248 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7249 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7250
7251 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7252 static ssize_t                                                          \
7253 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7254 {                                                                       \
7255         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7256         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7257         int ret;                                                        \
7258                                                                         \
7259         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7260         if (ret)                                                        \
7261                 return ret;                                             \
7262         if (__data < __min)                                             \
7263                 __data = __min;                                         \
7264         else if (__data > __max)                                        \
7265                 __data = __max;                                         \
7266         if (__CONV == 1)                                                \
7267                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7268         else if (__CONV == 2)                                           \
7269                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7270         else                                                            \
7271                 *(__PTR) = __data;                                      \
7272         return count;                                                   \
7273 }
7274 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7275                 INT_MAX, 2);
7276 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7277                 INT_MAX, 2);
7278 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7279 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7280                 INT_MAX, 0);
7281 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7282 #undef STORE_FUNCTION
7283
7284 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7285 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7286 {                                                                       \
7287         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7288         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7289         int ret;                                                        \
7290                                                                         \
7291         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7292         if (ret)                                                        \
7293                 return ret;                                             \
7294         if (__data < __min)                                             \
7295                 __data = __min;                                         \
7296         else if (__data > __max)                                        \
7297                 __data = __max;                                         \
7298         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7299         return count;                                                   \
7300 }
7301 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7302                     UINT_MAX);
7303 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7304
7305 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7306                                     const char *page, size_t count)
7307 {
7308         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7309         unsigned long __data;
7310         int ret;
7311
7312         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7313         if (ret)
7314                 return ret;
7315
7316         if (__data == 0)
7317                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7318         else {
7319                 if (__data > INT_MAX)
7320                         __data = INT_MAX;
7321                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7322         }
7323
7324         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7325
7326         return count;
7327 }
7328
7329 /*
7330  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7331  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7332  */
7333 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7334                                       const char *page, size_t count)
7335 {
7336         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7337         unsigned long __data;
7338         int ret;
7339
7340         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7341         if (ret)
7342                 return ret;
7343
7344         if (__data < 1)
7345                 __data = 1;
7346         else if (__data > INT_MAX)
7347                 __data = INT_MAX;
7348
7349         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7350         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7351                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7352
7353         return count;
7354 }
7355
7356 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7357                                      const char *page, size_t count)
7358 {
7359         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7360         unsigned long __data;
7361         int ret;
7362
7363         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7364         if (ret)
7365                 return ret;
7366
7367         if (__data > 1)
7368                 __data = 1;
7369         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7370             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7371                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7372
7373         bfqd->strict_guarantees = __data;
7374
7375         return count;
7376 }
7377
7378 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7379                                      const char *page, size_t count)
7380 {
7381         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7382         unsigned long __data;
7383         int ret;
7384
7385         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7386         if (ret)
7387                 return ret;
7388
7389         if (__data > 1)
7390                 __data = 1;
7391         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7392                 bfq_end_wr(bfqd);
7393         bfqd->low_latency = __data;
7394
7395         return count;
7396 }
7397
7398 #define BFQ_ATTR(name) \
7399         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7400
7401 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7402         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7403         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7404         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7405         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7406         BFQ_ATTR(slice_idle),
7407         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7408         BFQ_ATTR(max_budget),
7409         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7410         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7411         BFQ_ATTR(low_latency),
7412         __ATTR_NULL
7413 };
7414
7415 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7416         .ops = {
7417                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7418                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7419                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7420                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7421                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7422                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7423                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7424                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7425                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7426                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7427                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7428                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7429                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7430                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7431                 .has_work               = bfq_has_work,
7432                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7433                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7434                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7435                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7436         },
7437
7438         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7439         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7440         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7441         .elevator_name =        "bfq",
7442         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7443 };
7444 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7445
7446 static int __init bfq_init(void)
7447 {
7448         int ret;
7449
7450 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7451         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7452         if (ret)
7453                 return ret;
7454 #endif
7455
7456         ret = -ENOMEM;
7457         if (bfq_slab_setup())
7458                 goto err_pol_unreg;
7459
7460         /*
7461          * Times to load large popular applications for the typical
7462          * systems installed on the reference devices (see the
7463          * comments before the definition of the next
7464          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7465          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7466          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7467          * are computed over much shorter time intervals than the long
7468          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7469          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7470          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7471          * be run for a long time.
7472          */
7473         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7474         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7475
7476         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7477         if (ret)
7478                 goto slab_kill;
7479
7480         return 0;
7481
7482 slab_kill:
7483         bfq_slab_kill();
7484 err_pol_unreg:
7485 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7486         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7487 #endif
7488         return ret;
7489 }
7490
7491 static void __exit bfq_exit(void)
7492 {
7493         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7494 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7495         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7496 #endif
7497         bfq_slab_kill();
7498 }
7499
7500 module_init(bfq_init);
7501 module_exit(bfq_exit);
7502
7503 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7504 MODULE_LICENSE("GPL");
7505 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");