block, bfq: split function bfq_better_to_idle
[linux-2.6-microblaze.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
53  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
54  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
55  * these classes with a very low latency.
56  *
57  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
58  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
59  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
60  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
61  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
62  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
63  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
64  * call just weight-raising periods the time periods during which a
65  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
66  *
67  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
68  * detail in the comments on the function
69  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
70  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
71  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
72  * after which it does become empty. The queue may be deemed
73  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
74  * constantly non empty, provided that this happens only after the
75  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
76  *
77  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
78  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
79  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
80  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
81  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
82  * weight-raising for interactive queues.
83  *
84  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
85  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
86  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
87  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
88  *
89  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
90  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
91  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
92  * to 0.
93  *
94  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
95  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
96  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
97  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
98  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
99  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
100  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
101  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
102  *
103  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
104  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
105  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
106  * in [3].
107  *
108  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
109  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
110  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
111  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
112  *
113  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
114  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
115  *     Oct 1997.
116  *
117  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
118  *
119  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
120  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
121  *     Resource Allocation", technical report.
122  *
123  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
124  */
125 #include <linux/module.h>
126 #include <linux/slab.h>
127 #include <linux/blkdev.h>
128 #include <linux/cgroup.h>
129 #include <linux/elevator.h>
130 #include <linux/ktime.h>
131 #include <linux/rbtree.h>
132 #include <linux/ioprio.h>
133 #include <linux/sbitmap.h>
134 #include <linux/delay.h>
135
136 #include "blk.h"
137 #include "blk-mq.h"
138 #include "blk-mq-tag.h"
139 #include "blk-mq-sched.h"
140 #include "bfq-iosched.h"
141 #include "blk-wbt.h"
142
143 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
144 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
145 {                                                                       \
146         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
147 }                                                                       \
148 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
149 {                                                                       \
150         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
151 }                                                                       \
152 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
153 {                                                                       \
154         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
155 }
156
157 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
158 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
159 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
160 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
161 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
162 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
163 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
164 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
165 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
166 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
167 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
168 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
169 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
170
171 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
172 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
173
174 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
175 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
176
177 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
178 static const int bfq_back_penalty = 2;
179
180 /* Idling period duration, in ns. */
181 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
182
183 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
184 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
185
186 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
187 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
188
189 /*
190  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
191  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
192  * with the number of sectors of the request. In constrast, if the
193  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
194  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
195  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
196  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
197  * writes to steal I/O throughput to reads.
198  *
199  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
200  * several hardware and software configurations. We tried to find the
201  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
202  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
203  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
204  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
205  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
206  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
207  */
208 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
209
210 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
211 const int bfq_timeout = HZ / 8;
212
213 /*
214  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
215  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
216  * removing false positives, while not causing true positives to miss
217  * queue merging.
218  *
219  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
220  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
221  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
222  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
223  * little chance to find cooperators.
224  */
225 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
226
227 static struct kmem_cache *bfq_pool;
228
229 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
230 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
231
232 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
233 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
234 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
235
236 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
237 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
238 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
239 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
240
241 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
242 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
243 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
244 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
245 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
246 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
247
248 /*
249  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
250  * With
251  * - the current shift: 16 positions
252  * - the current type used to store rate: u32
253  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
254  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
255  * the range of rates that can be stored is
256  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
257  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
258  * [15, 65G] sectors/sec
259  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
260  * [7.5K, 33T] B/sec
261  */
262 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
263
264 /*
265  * When configured for computing the duration of the weight-raising
266  * for interactive queues automatically (see the comments at the
267  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
268  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
269  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
270  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
271  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
272  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
273  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
274  * applications on the reference device (see the comments on
275  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
276  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
277  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
278  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
279  * weight raising to interactive applications.
280  *
281  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
282  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
283  *
284  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
285  * are the reference values for a rotational device, whereas
286  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
287  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
288  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
289  * values. The reason for using slightly lower values is that the
290  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
291  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
292  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
293  * I/O).
294  *
295  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
296  * by BFQ_RATE_SHIFT.
297  */
298 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
299 /*
300  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
301  * the following array, which entails that the array can be
302  * initialized only in a function.
303  */
304 static int ref_wr_duration[2];
305
306 /*
307  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
308  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
309  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
310  * doing I/O for much longer than the duration of weight
311  * raising. These applications have basically no benefit from being
312  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
313  * while being weight-raised, these applications
314  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
315  * low latency;
316  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
317  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
318  * increase latencies when used purposelessly.
319  *
320  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
321  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
322  * finish explaining how the duration of weight-raising for
323  * interactive tasks is computed.
324  *
325  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
326  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
327  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
328  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
329  * largest task, we mean the task for which each involved process has
330  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
331  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
332  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
333  * sectors transferred.
334  *
335  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
336  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
337  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
338  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
339  * processes of these applications usually consume the above 110K
340  * sectors in much less time than the processes of an application that
341  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
342  * almost all their CPU cycles only to their target,
343  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
344  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
345  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
346  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
347  * have no right to be weight-raised any longer.
348  *
349  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
350  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
351  * service at least equal to the following constant. The constant is
352  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
353  *
354  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
355  * during which interactive false positives cause the two problems
356  * described at the beginning of these comments.
357  */
358 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
359
360 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
361 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
362
363 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
364 {
365         return bic->bfqq[is_sync];
366 }
367
368 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
369 {
370         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
371 }
372
373 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
374 {
375         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
376 }
377
378 /**
379  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
380  * @icq: the iocontext queue.
381  */
382 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
383 {
384         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
385         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
386 }
387
388 /**
389  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
390  * @bfqd: the lookup key.
391  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
392  * @q: the request queue.
393  */
394 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
395                                         struct io_context *ioc,
396                                         struct request_queue *q)
397 {
398         if (ioc) {
399                 unsigned long flags;
400                 struct bfq_io_cq *icq;
401
402                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
403                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
404                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
405
406                 return icq;
407         }
408
409         return NULL;
410 }
411
412 /*
413  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
414  * driver that will restart queueing.
415  */
416 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
417 {
418         if (bfqd->queued != 0) {
419                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
420                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
421         }
422 }
423
424 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
425 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
426
427 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
428
429 /*
430  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
431  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
432  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
433  */
434 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
435                                       struct request *rq1,
436                                       struct request *rq2,
437                                       sector_t last)
438 {
439         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
440         unsigned long back_max;
441 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
442 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
443         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
444
445         if (!rq1 || rq1 == rq2)
446                 return rq2;
447         if (!rq2)
448                 return rq1;
449
450         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
451                 return rq1;
452         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
453                 return rq2;
454         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
455                 return rq1;
456         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
457                 return rq2;
458
459         s1 = blk_rq_pos(rq1);
460         s2 = blk_rq_pos(rq2);
461
462         /*
463          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
464          */
465         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
466
467         /*
468          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
469          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
470          * similar forward seek.
471          */
472         if (s1 >= last)
473                 d1 = s1 - last;
474         else if (s1 + back_max >= last)
475                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
476         else
477                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
478
479         if (s2 >= last)
480                 d2 = s2 - last;
481         else if (s2 + back_max >= last)
482                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
483         else
484                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
485
486         /* Found required data */
487
488         /*
489          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
490          * check two variables for all permutations: --> faster!
491          */
492         switch (wrap) {
493         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
494                 if (d1 < d2)
495                         return rq1;
496                 else if (d2 < d1)
497                         return rq2;
498
499                 if (s1 >= s2)
500                         return rq1;
501                 else
502                         return rq2;
503
504         case BFQ_RQ2_WRAP:
505                 return rq1;
506         case BFQ_RQ1_WRAP:
507                 return rq2;
508         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
509         default:
510                 /*
511                  * Since both rqs are wrapped,
512                  * start with the one that's further behind head
513                  * (--> only *one* back seek required),
514                  * since back seek takes more time than forward.
515                  */
516                 if (s1 <= s2)
517                         return rq1;
518                 else
519                         return rq2;
520         }
521 }
522
523 /*
524  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
525  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
526  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
527  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
528  * problems.
529  */
530 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
531 {
532         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
533
534         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
535                 return;
536
537         data->shallow_depth =
538                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
539
540         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
541                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
542                         data->shallow_depth);
543 }
544
545 static struct bfq_queue *
546 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
547                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
548                      struct rb_node ***rb_link)
549 {
550         struct rb_node **p, *parent;
551         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
552
553         parent = NULL;
554         p = &root->rb_node;
555         while (*p) {
556                 struct rb_node **n;
557
558                 parent = *p;
559                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
560
561                 /*
562                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
563                  * largest to the right.
564                  */
565                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
566                         n = &(*p)->rb_right;
567                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
568                         n = &(*p)->rb_left;
569                 else
570                         break;
571                 p = n;
572                 bfqq = NULL;
573         }
574
575         *ret_parent = parent;
576         if (rb_link)
577                 *rb_link = p;
578
579         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
580                 (unsigned long long)sector,
581                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
582
583         return bfqq;
584 }
585
586 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
587 {
588         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
589                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
590                                        bfq_merge_time_limit);
591 }
592
593 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
594 {
595         struct rb_node **p, *parent;
596         struct bfq_queue *__bfqq;
597
598         if (bfqq->pos_root) {
599                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
600                 bfqq->pos_root = NULL;
601         }
602
603         /*
604          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
605          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
606          * position tree.
607          */
608         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
609                 return;
610
611         if (bfq_class_idle(bfqq))
612                 return;
613         if (!bfqq->next_rq)
614                 return;
615
616         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
617         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
618                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
619         if (!__bfqq) {
620                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
621                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
622         } else
623                 bfqq->pos_root = NULL;
624 }
625
626 /*
627  * The following function returns true if every queue must receive the
628  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
629  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
630  * bfq_better_to_idle()).
631  *
632  * Such a scenario occurs when:
633  * 1) all active queues have the same weight,
634  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
635  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
636  *    weight,
637  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
638  *    number of children.
639  *
640  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
641  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
642  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
643  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
644  * much easier to maintain the needed state:
645  * 1) all active queues have the same weight,
646  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
647  * 3) there are no active groups.
648  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
649  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
650  * needs to be maintained in this case.
651  */
652 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
653 {
654         /*
655          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
656          * at least two nodes.
657          */
658         bool varied_queue_weights = !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
659                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
660                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right);
661
662         bool multiple_classes_busy =
663                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
664                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
665                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
666
667         /*
668          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
669          * at least two nodes.
670          */
671         return !(varied_queue_weights || multiple_classes_busy
672 #ifdef BFQ_GROUP_IOSCHED_ENABLED
673                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
674 #endif
675                 );
676 }
677
678 /*
679  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
680  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
681  * increment the existing counter.
682  *
683  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
684  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
685  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
686  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
687  * are not inserted in the tree.
688  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
689  * should be low too.
690  */
691 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
692                           struct rb_root *root)
693 {
694         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
695         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
696
697         /*
698          * Do not insert if the queue is already associated with a
699          * counter, which happens if:
700          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
701          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
702          *      backlogged; in this respect, each of the two events
703          *      causes an invocation of this function,
704          *   2) this is the invocation of this function caused by the
705          *      second event. This second invocation is actually useless,
706          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
707          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
708          */
709         if (bfqq->weight_counter)
710                 return;
711
712         while (*new) {
713                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
714                                                 struct bfq_weight_counter,
715                                                 weights_node);
716                 parent = *new;
717
718                 if (entity->weight == __counter->weight) {
719                         bfqq->weight_counter = __counter;
720                         goto inc_counter;
721                 }
722                 if (entity->weight < __counter->weight)
723                         new = &((*new)->rb_left);
724                 else
725                         new = &((*new)->rb_right);
726         }
727
728         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
729                                        GFP_ATOMIC);
730
731         /*
732          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
733          * exit. This will cause the weight of queue to not be
734          * considered in bfq_symmetric_scenario, which, in its turn,
735          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
736          * bfqq's weight would have been the only weight making the
737          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
738          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
739          * invocation of this function is triggered by an activation
740          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
741          * if !bfqq->weight_counter.
742          */
743         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
744                 return;
745
746         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
747         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
748         rb_insert_color(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
749
750 inc_counter:
751         bfqq->weight_counter->num_active++;
752 }
753
754 /*
755  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
756  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
757  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
758  * about overhead.
759  */
760 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
761                                struct bfq_queue *bfqq,
762                                struct rb_root *root)
763 {
764         if (!bfqq->weight_counter)
765                 return;
766
767         bfqq->weight_counter->num_active--;
768         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
769                 goto reset_entity_pointer;
770
771         rb_erase(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
772         kfree(bfqq->weight_counter);
773
774 reset_entity_pointer:
775         bfqq->weight_counter = NULL;
776 }
777
778 /*
779  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
780  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
781  */
782 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
783                              struct bfq_queue *bfqq)
784 {
785         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
786
787         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
788                                   &bfqd->queue_weights_tree);
789
790         for_each_entity(entity) {
791                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
792
793                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
794                         /*
795                          * entity is still active, because either
796                          * next_in_service or in_service_entity is not
797                          * NULL (see the comments on the definition of
798                          * next_in_service for details on why
799                          * in_service_entity must be checked too).
800                          *
801                          * As a consequence, its parent entities are
802                          * active as well, and thus this loop must
803                          * stop here.
804                          */
805                         break;
806                 }
807
808                 /*
809                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
810                  * not performed immediately upon the deactivation of
811                  * entity, but it is delayed to when it also happens
812                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
813                  * all its pending requests completed. The following
814                  * instructions perform this delayed decrement, if
815                  * needed. See the comments on
816                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
817                  */
818                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
819                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
820                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
821                 }
822         }
823 }
824
825 /*
826  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
827  */
828 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
829                                       struct request *last)
830 {
831         struct request *rq;
832
833         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
834                 return NULL;
835
836         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
837
838         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
839
840         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
841                 return NULL;
842
843         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
844         return rq;
845 }
846
847 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
848                                         struct bfq_queue *bfqq,
849                                         struct request *last)
850 {
851         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
852         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
853         struct request *next, *prev = NULL;
854
855         /* Follow expired path, else get first next available. */
856         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
857         if (next)
858                 return next;
859
860         if (rbprev)
861                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
862
863         if (rbnext)
864                 next = rb_entry_rq(rbnext);
865         else {
866                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
867                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
868                         next = rb_entry_rq(rbnext);
869         }
870
871         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
872 }
873
874 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
875 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
876                                         struct bfq_queue *bfqq)
877 {
878         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
879                 return blk_rq_sectors(rq);
880
881         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
882 }
883
884 /**
885  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
886  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
887  * @bfqq: the queue to update.
888  *
889  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
890  * has enough budget to serve at least its first request (if the
891  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
892  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
893  * rounds to actually get it dispatched.
894  */
895 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
896                                  struct bfq_queue *bfqq)
897 {
898         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
899         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
900         unsigned long new_budget;
901
902         if (!next_rq)
903                 return;
904
905         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
906                 /*
907                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
908                  * changed after an entity has been selected.
909                  */
910                 return;
911
912         new_budget = max_t(unsigned long,
913                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
914                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
915                            entity->service);
916         if (entity->budget != new_budget) {
917                 entity->budget = new_budget;
918                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
919                                          new_budget);
920                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
921         }
922 }
923
924 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
925 {
926         u64 dur;
927
928         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
929                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
930
931         dur = bfqd->rate_dur_prod;
932         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
933
934         /*
935          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
936          * has been conservatively set after the following worst case:
937          * on a QEMU/KVM virtual machine
938          * - running in a slow PC
939          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
940          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
941          *   of several files
942          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
943          *
944          * As for higher values than that accomodating the above bad
945          * scenario, tests show that higher values would often yield
946          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
947          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
948          * preserve weight raising for too long.
949          *
950          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
951          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
952          * before weight-raising finishes.
953          */
954         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
955 }
956
957 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
958 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
959                                           struct bfq_data *bfqd)
960 {
961         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
962         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
963         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
964 }
965
966 static void
967 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
968                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
969 {
970         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
971         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
972
973         if (bic->saved_has_short_ttime)
974                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
975         else
976                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
977
978         if (bic->saved_IO_bound)
979                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
980         else
981                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
982
983         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
984         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
985         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
986         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
987         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
988
989         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
990             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
991                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
992                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
993                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
994                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
995                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
996                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
997                 } else {
998                         bfqq->wr_coeff = 1;
999                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1000                                      "resume state: switching off wr");
1001                 }
1002         }
1003
1004         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1005         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1006
1007         if (likely(!busy))
1008                 return;
1009
1010         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1011                 bfqd->wr_busy_queues++;
1012         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1013                 bfqd->wr_busy_queues--;
1014 }
1015
1016 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1017 {
1018         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
1019 }
1020
1021 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1022 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1023 {
1024         struct bfq_queue *item;
1025         struct hlist_node *n;
1026
1027         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1028                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1029         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1030         bfqd->burst_size = 1;
1031         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1032 }
1033
1034 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1035 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1036 {
1037         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1038         bfqd->burst_size++;
1039
1040         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1041                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1042                 struct hlist_node *n;
1043
1044                 /*
1045                  * Enough queues have been activated shortly after each
1046                  * other to consider this burst as large.
1047                  */
1048                 bfqd->large_burst = true;
1049
1050                 /*
1051                  * We can now mark all queues in the burst list as
1052                  * belonging to a large burst.
1053                  */
1054                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1055                                      burst_list_node)
1056                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1057                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1058
1059                 /*
1060                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1061                  * new queue being activated shortly after the last queue
1062                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1063                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1064                  * needed any more. Remove it.
1065                  */
1066                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1067                                           burst_list_node)
1068                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1069         } else /*
1070                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1071                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1072                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1073                 * in put_queue.
1074                 */
1075                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1076 }
1077
1078 /*
1079  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1080  * shortly after each other, then the processes associated with these
1081  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1082  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1083  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1084  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1085  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1086  * or device idling to their queues.
1087  *
1088  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1089  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1090  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1091  * treated in a different way.
1092  *
1093  * The above services or applications benefit mostly from a high
1094  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1095  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1096  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1097  * which also implies idling the device for it, is almost always
1098  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1099  *
1100  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1101  * the start of an application that does not consist of a lot of
1102  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1103  * several short processes may need to be executed to start-up the
1104  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1105  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1106  * related to the application with respect to all other
1107  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1108  * an application that causes a burst of queue creations is to
1109  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1110  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1111  *
1112  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1113  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1114  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1115  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1116  * larger size than that threshold are apparently caused by
1117  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1118  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1119  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1120  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1121  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1122  * exact choice depends on the device and request pattern at
1123  * hand.
1124  *
1125  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1126  * is starting (e.g., an application is being started). The
1127  * consequence is that the queues associated with the task do not
1128  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1129  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1130  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1131  *
1132  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1133  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1134  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1135  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1136  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1137  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1138  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1139  * steps are the following.
1140  *
1141  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1142  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1143  *
1144  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1145  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1146  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1147  *   Q to the burst list
1148  *
1149  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1150  *   the large-burst threshold, then
1151  *
1152  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1153  *       large burst
1154  *
1155  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1156  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1157  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1158  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1159  *
1160  *     . the device enters a large-burst mode
1161  *
1162  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1163  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1164  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1165  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1166  *   as belonging to a large burst.
1167  *
1168  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1169  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1170  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1171  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1172  *
1173  *        . the large-burst mode is reset if set
1174  *
1175  *        . the burst list is emptied
1176  *
1177  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1178  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1179  *          after this step).
1180  */
1181 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1182 {
1183         /*
1184          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1185          * burst, or finally has just been split, then there is
1186          * nothing else to do.
1187          */
1188         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1189             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1190             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1191                                      msecs_to_jiffies(10)))
1192                 return;
1193
1194         /*
1195          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1196          * a different group than the burst group, then the current
1197          * burst is finished, and related data structures must be
1198          * reset.
1199          *
1200          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1201          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1202          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1203          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1204          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1205          * following condition is true, bfqq will end up being
1206          * inserted into the burst list. In particular the list will
1207          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1208          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1209          * burst.
1210          */
1211         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1212             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1213             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1214                 bfqd->large_burst = false;
1215                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1216                 goto end;
1217         }
1218
1219         /*
1220          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1221          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1222          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1223          */
1224         if (bfqd->large_burst) {
1225                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1226                 goto end;
1227         }
1228
1229         /*
1230          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1231          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1232          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1233          */
1234         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1235 end:
1236         /*
1237          * At this point, bfqq either has been added to the current
1238          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1239          * possible new burst to start. In particular, in the second
1240          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1241          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1242          * forward.
1243          */
1244         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1245 }
1246
1247 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1248 {
1249         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1250
1251         return entity->budget - entity->service;
1252 }
1253
1254 /*
1255  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1256  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1257  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1258  */
1259 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1260 {
1261         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1262                 return bfq_default_max_budget;
1263         else
1264                 return bfqd->bfq_max_budget;
1265 }
1266
1267 /*
1268  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1269  * max budget (trying with 1/32)
1270  */
1271 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1272 {
1273         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1274                 return bfq_default_max_budget / 32;
1275         else
1276                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1277 }
1278
1279 /*
1280  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1281  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1282  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1283  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1284  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1285  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1286  * goals below.
1287  *
1288  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1289  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1290  * expired for one of the following two reasons:
1291  *
1292  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1293  *   and did not make it to issue a new request before its last
1294  *   request was served;
1295  *
1296  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1297  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1298  *
1299  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1300  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1301  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1302  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1303  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1304  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1305  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1306  * one full budget of another queue before being served again, then
1307  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1308  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1309  * to be taken.
1310  *
1311  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1312  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1313  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1314  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1315  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1316  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1317  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1318  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1319  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1320  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1321  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1322  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1323  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1324  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1325  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1326  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1327  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1328  * on this tricky aspect).
1329  *
1330  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1331  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1332  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1333  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1334  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1335  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1336  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1337  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1338  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1339  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1340  * causing a little loss of bandwidth.
1341  *
1342  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1343  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1344  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1345  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1346  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1347  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1348  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1349  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1350  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1351  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1352  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1353  * __bfq_activate_entity.
1354  *
1355  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1356  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1357  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1358  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1359  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1360  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1361  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1362  * outstanding requests mentioned above.
1363  *
1364  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1365  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1366  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1367  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1368  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1369  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1370  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1371  * know whether preemption is needed without needing to update service
1372  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1373  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1374  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1375  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1376  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1377  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1378  * be weight-raised.
1379  */
1380 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1381                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1382                                                 bool arrived_in_time,
1383                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1384 {
1385         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1386
1387         /*
1388          * In the next compound condition, we check also whether there
1389          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1390          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1391          * would be expired immediately after being selected for
1392          * service. This would only cause useless overhead.
1393          */
1394         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1395             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1396                 /*
1397                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1398                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1399                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1400                  * cleared right after).
1401                  */
1402
1403                 /*
1404                  * In next assignment we rely on that either
1405                  * entity->service or entity->budget are not updated
1406                  * on expiration if bfqq is empty (see
1407                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1408                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1409                  * following statement therefore assigns to
1410                  * entity->budget the remaining budget on such an
1411                  * expiration.
1412                  */
1413                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1414                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1415                                        bfqq->max_budget);
1416
1417                 /*
1418                  * At this point, we have used entity->service to get
1419                  * the budget left (needed for updating
1420                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1421                  * reset entity->service. The latter must be reset
1422                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1423                  * the service it has received during its previous
1424                  * service slot(s).
1425                  */
1426                 entity->service = 0;
1427
1428                 return true;
1429         }
1430
1431         /*
1432          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1433          */
1434         entity->service = 0;
1435         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1436                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1437         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1438         return wr_or_deserves_wr;
1439 }
1440
1441 /*
1442  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1443  * macros.
1444  */
1445 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1446 {
1447         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1448 }
1449
1450 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1451                                              struct bfq_queue *bfqq,
1452                                              unsigned int old_wr_coeff,
1453                                              bool wr_or_deserves_wr,
1454                                              bool interactive,
1455                                              bool in_burst,
1456                                              bool soft_rt)
1457 {
1458         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1459                 /* start a weight-raising period */
1460                 if (interactive) {
1461                         bfqq->service_from_wr = 0;
1462                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1463                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1464                 } else {
1465                         /*
1466                          * No interactive weight raising in progress
1467                          * here: assign minus infinity to
1468                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1469                          * that, at the end of the soft-real-time
1470                          * weight raising periods that is starting
1471                          * now, no interactive weight-raising period
1472                          * may be wrongly considered as still in
1473                          * progress (and thus actually started by
1474                          * mistake).
1475                          */
1476                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1477                                 bfq_smallest_from_now();
1478                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1479                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1480                         bfqq->wr_cur_max_time =
1481                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1482                 }
1483
1484                 /*
1485                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1486                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1487                  * scheduling-error component due to a too large
1488                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1489                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1490                  * too small budget either, to avoid increasing
1491                  * latency by causing too frequent expirations.
1492                  */
1493                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1494                                             bfqq->entity.budget,
1495                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1496         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1497                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1498                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1499                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1500                 } else if (in_burst)
1501                         bfqq->wr_coeff = 1;
1502                 else if (soft_rt) {
1503                         /*
1504                          * The application is now or still meeting the
1505                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1506                          * can then correctly and safely (re)charge
1507                          * the weight-raising duration for the
1508                          * application with the weight-raising
1509                          * duration for soft rt applications.
1510                          *
1511                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1512                          * before the weight-raising period for the
1513                          * application finishes, reduces the probability
1514                          * of the following negative scenario:
1515                          * 1) the weight of a soft rt application is
1516                          *    raised at startup (as for any newly
1517                          *    created application),
1518                          * 2) since the application is not interactive,
1519                          *    at a certain time weight-raising is
1520                          *    stopped for the application,
1521                          * 3) at that time the application happens to
1522                          *    still have pending requests, and hence
1523                          *    is destined to not have a chance to be
1524                          *    deemed soft rt before these requests are
1525                          *    completed (see the comments to the
1526                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1527                          *    for details on soft rt detection),
1528                          * 4) these pending requests experience a high
1529                          *    latency because the application is not
1530                          *    weight-raised while they are pending.
1531                          */
1532                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1533                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1534                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1535                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1536
1537                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1538                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1539                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1540                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1541                         }
1542                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1543                 }
1544         }
1545 }
1546
1547 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1548                                         struct bfq_queue *bfqq)
1549 {
1550         return bfqq->dispatched == 0 &&
1551                 time_is_before_jiffies(
1552                         bfqq->budget_timeout +
1553                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1554 }
1555
1556 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1557                                              struct bfq_queue *bfqq,
1558                                              int old_wr_coeff,
1559                                              struct request *rq,
1560                                              bool *interactive)
1561 {
1562         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1563                 bfqq_wants_to_preempt,
1564                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1565                 /*
1566                  * See the comments on
1567                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1568                  * details on the usage of the next variable.
1569                  */
1570                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1571                         bfqq->ttime.last_end_request +
1572                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1573
1574
1575         /*
1576          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1577          * - it is sync,
1578          * - it does not belong to a large burst,
1579          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1580          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1581          */
1582         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1583         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1584                 !in_burst &&
1585                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1586                 bfqq->dispatched == 0;
1587         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1588         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1589                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1590                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1591                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1592
1593         /*
1594          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1595          * may want to preempt the in-service queue.
1596          */
1597         bfqq_wants_to_preempt =
1598                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1599                                                     arrived_in_time,
1600                                                     wr_or_deserves_wr);
1601
1602         /*
1603          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1604          * idle for much more than an interactive queue, then we
1605          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1606          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1607          * to be treated as a queue belonging to a burst
1608          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1609          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1610          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1611          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1612          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1613          * a burst.
1614          */
1615         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1616             idle_for_long_time &&
1617             time_is_before_jiffies(
1618                     bfqq->budget_timeout +
1619                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1620                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1621                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1622         }
1623
1624         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1625
1626
1627         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1628                 if (arrived_in_time) {
1629                         bfqq->requests_within_timer++;
1630                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1631                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1632                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1633                 } else
1634                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1635         }
1636
1637         if (bfqd->low_latency) {
1638                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1639                         /* wraparound */
1640                         bfqq->split_time =
1641                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1642
1643                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1644                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1645                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1646                                                          old_wr_coeff,
1647                                                          wr_or_deserves_wr,
1648                                                          *interactive,
1649                                                          in_burst,
1650                                                          soft_rt);
1651
1652                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1653                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1654                 }
1655         }
1656
1657         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1658         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1659         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1660
1661         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1662
1663         /*
1664          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1665          * for guarantees. In this respect, the function
1666          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1667          * condition, and not a sufficient condition based on
1668          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1669          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1670          * this operation is quite costly (see the comments on the
1671          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1672          */
1673         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1674             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1675             next_queue_may_preempt(bfqd))
1676                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1677                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1678 }
1679
1680 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1681 {
1682         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1683         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1684         struct request *next_rq, *prev;
1685         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1686         bool interactive = false;
1687
1688         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1689         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1690         bfqd->queued++;
1691
1692         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1693
1694         /*
1695          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1696          */
1697         prev = bfqq->next_rq;
1698         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1699         bfqq->next_rq = next_rq;
1700
1701         /*
1702          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1703          */
1704         if (prev != bfqq->next_rq)
1705                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1706
1707         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1708                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1709                                                  rq, &interactive);
1710         else {
1711                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1712                     time_is_before_jiffies(
1713                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1714                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1715                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1716                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1717
1718                         bfqd->wr_busy_queues++;
1719                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1720                 }
1721                 if (prev != bfqq->next_rq)
1722                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1723         }
1724
1725         /*
1726          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1727          * cases:
1728          *
1729          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1730          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1731          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1732          *   of information is used only for deciding whether to
1733          *   weight-raise async queues
1734          *
1735          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1736          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1737          *   stores the time when weight-raising starts
1738          *
1739          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1740          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1741          *   period must start or restart (this case is considered
1742          *   separately because it is not detected by the above
1743          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1744          *
1745          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1746          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1747          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1748          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1749          * needed.
1750          */
1751         if (bfqd->low_latency &&
1752                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1753                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1754 }
1755
1756 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1757                                           struct bio *bio,
1758                                           struct request_queue *q)
1759 {
1760         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1761
1762
1763         if (bfqq)
1764                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1765
1766         return NULL;
1767 }
1768
1769 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1770 {
1771         if (last_pos)
1772                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1773
1774         return 0;
1775 }
1776
1777 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1778 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1779 {
1780         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1781
1782         bfqd->rq_in_driver++;
1783 }
1784
1785 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1786 {
1787         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1788
1789         bfqd->rq_in_driver--;
1790 }
1791 #endif
1792
1793 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1794                                struct request *rq)
1795 {
1796         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1797         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1798         const int sync = rq_is_sync(rq);
1799
1800         if (bfqq->next_rq == rq) {
1801                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1802                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1803         }
1804
1805         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1806                 list_del_init(&rq->queuelist);
1807         bfqq->queued[sync]--;
1808         bfqd->queued--;
1809         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1810
1811         elv_rqhash_del(q, rq);
1812         if (q->last_merge == rq)
1813                 q->last_merge = NULL;
1814
1815         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1816                 bfqq->next_rq = NULL;
1817
1818                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1819                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1820                         /*
1821                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1822                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1823                          * bfqq->entity.budget must contain,
1824                          * respectively, the service received and the
1825                          * budget used last time bfqq emptied. These
1826                          * facts do not hold in this case, as at least
1827                          * this last removal occurred while bfqq is
1828                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1829                          * reset both bfqq->entity.service and
1830                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1831                          * process that may issue I/O requests to it.
1832                          */
1833                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1834                 }
1835
1836                 /*
1837                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1838                  */
1839                 if (bfqq->pos_root) {
1840                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1841                         bfqq->pos_root = NULL;
1842                 }
1843         } else {
1844                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1845         }
1846
1847         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1848                 bfqq->meta_pending--;
1849
1850 }
1851
1852 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1853 {
1854         struct request_queue *q = hctx->queue;
1855         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1856         struct request *free = NULL;
1857         /*
1858          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1859          * store its return value for later use, to avoid nesting
1860          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1861          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1862          * bfqd->lock is taken.
1863          */
1864         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1865         bool ret;
1866
1867         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1868
1869         if (bic)
1870                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1871         else
1872                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1873         bfqd->bio_bic = bic;
1874
1875         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1876
1877         if (free)
1878                 blk_mq_free_request(free);
1879         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1880
1881         return ret;
1882 }
1883
1884 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1885                              struct bio *bio)
1886 {
1887         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1888         struct request *__rq;
1889
1890         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1891         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1892                 *req = __rq;
1893                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1894         }
1895
1896         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1897 }
1898
1899 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1900
1901 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1902                                enum elv_merge type)
1903 {
1904         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1905             rb_prev(&req->rb_node) &&
1906             blk_rq_pos(req) <
1907             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1908                                     struct request, rb_node))) {
1909                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1910                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1911                 struct request *prev, *next_rq;
1912
1913                 /* Reposition request in its sort_list */
1914                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1915                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1916
1917                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1918                 prev = bfqq->next_rq;
1919                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1920                                          bfqd->last_position);
1921                 bfqq->next_rq = next_rq;
1922                 /*
1923                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1924                  * fit the new request and the queue's position in its
1925                  * rq_pos_tree.
1926                  */
1927                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1928                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1929                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1930                 }
1931         }
1932 }
1933
1934 /*
1935  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1936  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1937  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1938  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1939  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1940  *
1941  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1942  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1943  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1944  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1945  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1946  * only by bfq_insert_request.
1947  */
1948 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1949                                 struct request *next)
1950 {
1951         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1952                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1953
1954         /*
1955          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1956          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1957          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1958          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1959          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1960          * which would most certainly be too expensive with respect to
1961          * the benefits.
1962          */
1963         if (bfqq == next_bfqq &&
1964             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1965             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1966                 list_del_init(&rq->queuelist);
1967                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1968                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1969         }
1970
1971         if (bfqq->next_rq == next)
1972                 bfqq->next_rq = rq;
1973
1974         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1975 }
1976
1977 /* Must be called with bfqq != NULL */
1978 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1979 {
1980         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1981                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1982         bfqq->wr_coeff = 1;
1983         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1984         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1985         /*
1986          * Trigger a weight change on the next invocation of
1987          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1988          */
1989         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1990 }
1991
1992 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1993                              struct bfq_group *bfqg)
1994 {
1995         int i, j;
1996
1997         for (i = 0; i < 2; i++)
1998                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1999                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2000                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2001         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2002                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2003 }
2004
2005 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2006 {
2007         struct bfq_queue *bfqq;
2008
2009         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2010
2011         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2012                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2013         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2014                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2015         bfq_end_wr_async(bfqd);
2016
2017         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2018 }
2019
2020 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2021 {
2022         if (request)
2023                 return blk_rq_pos(io_struct);
2024         else
2025                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2026 }
2027
2028 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2029                                   sector_t sector)
2030 {
2031         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2032                BFQQ_CLOSE_THR;
2033 }
2034
2035 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2036                                          struct bfq_queue *bfqq,
2037                                          sector_t sector)
2038 {
2039         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2040         struct rb_node *parent, *node;
2041         struct bfq_queue *__bfqq;
2042
2043         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2044                 return NULL;
2045
2046         /*
2047          * First, if we find a request starting at the end of the last
2048          * request, choose it.
2049          */
2050         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2051         if (__bfqq)
2052                 return __bfqq;
2053
2054         /*
2055          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2056          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2057          * next_request position).
2058          */
2059         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2060         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2061                 return __bfqq;
2062
2063         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2064                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2065         else
2066                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2067         if (!node)
2068                 return NULL;
2069
2070         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2071         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2072                 return __bfqq;
2073
2074         return NULL;
2075 }
2076
2077 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2078                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2079                                                    sector_t sector)
2080 {
2081         struct bfq_queue *bfqq;
2082
2083         /*
2084          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2085          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2086          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2087          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2088          * the best possible order for throughput.
2089          */
2090         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2091         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2092                 return NULL;
2093
2094         return bfqq;
2095 }
2096
2097 static struct bfq_queue *
2098 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2099 {
2100         int process_refs, new_process_refs;
2101         struct bfq_queue *__bfqq;
2102
2103         /*
2104          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2105          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2106          * may have dropped their last reference (not just their last process
2107          * reference).
2108          */
2109         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2110                 return NULL;
2111
2112         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2113         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2114                 if (__bfqq == bfqq)
2115                         return NULL;
2116                 new_bfqq = __bfqq;
2117         }
2118
2119         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2120         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2121         /*
2122          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2123          * sense in merging the queues.
2124          */
2125         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2126                 return NULL;
2127
2128         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2129                 new_bfqq->pid);
2130
2131         /*
2132          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2133          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2134          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2135          * first time that the requests of some process are redirected to
2136          * it.
2137          *
2138          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2139          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2140          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2141          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2142          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2143          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2144          *
2145          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2146          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2147          * best option, as we feed the in-service queue with new
2148          * requests close to the last request served and, by doing so,
2149          * are likely to increase the throughput.
2150          */
2151         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2152         new_bfqq->ref += process_refs;
2153         return new_bfqq;
2154 }
2155
2156 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2157                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2158 {
2159         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2160                 return false;
2161
2162         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2163             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2164                 return false;
2165
2166         /*
2167          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2168          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2169          * sequential I/O.
2170          */
2171         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2172                 return false;
2173
2174         /*
2175          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2176          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2177          * queues.
2178          */
2179         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2180                 return false;
2181
2182         return true;
2183 }
2184
2185 /*
2186  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2187  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2188  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2189  * structure otherwise.
2190  *
2191  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2192  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2193  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2194  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2195  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2196  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2197  *
2198  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2199  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2200  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2201  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2202  * requests than the ones produced by its originally-associated
2203  * process.
2204  */
2205 static struct bfq_queue *
2206 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2207                      void *io_struct, bool request)
2208 {
2209         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2210
2211         /*
2212          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2213          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2214          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2215          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2216          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2217          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2218          * probability that two non-cooperating processes, which just
2219          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2220          * their queues merged by mistake.
2221          */
2222         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2223                 return NULL;
2224
2225         if (bfqq->new_bfqq)
2226                 return bfqq->new_bfqq;
2227
2228         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2229                 return NULL;
2230
2231         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2232         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2233                 return NULL;
2234
2235         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2236
2237         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2238             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2239             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2240             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2241             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2242                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2243                 if (new_bfqq)
2244                         return new_bfqq;
2245         }
2246         /*
2247          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2248          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2249          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2250          */
2251         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2252                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2253
2254         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2255             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2256                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2257
2258         return NULL;
2259 }
2260
2261 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2262 {
2263         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2264
2265         /*
2266          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2267          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2268          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2269          */
2270         if (!bic)
2271                 return;
2272
2273         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2274         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2275         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2276         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2277         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2278         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2279                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2280                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2281                 /*
2282                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2283                  * would have deserved interactive weight raising, but
2284                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2285                  * because of this early merge. Store directly the
2286                  * weight-raising state that would have been assigned
2287                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2288                  * to enjoy weight raising if split soon.
2289                  */
2290                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2291                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2292                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2293         } else {
2294                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2295                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2296                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2297                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2298                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2299         }
2300 }
2301
2302 static void
2303 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2304                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2305 {
2306         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2307                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2308         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2309         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2310         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2311         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2312                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2313         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2314
2315         /*
2316          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2317          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2318          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2319          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2320          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2321          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2322          * easy, thanks to the flag just_created.
2323          */
2324         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2325                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2326                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2327                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2328                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2329                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2330                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2331                         bfqd->wr_busy_queues++;
2332                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2333         }
2334
2335         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2336                 bfqq->wr_coeff = 1;
2337                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2338                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2339                         bfqd->wr_busy_queues--;
2340         }
2341
2342         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2343                      bfqd->wr_busy_queues);
2344
2345         /*
2346          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2347          */
2348         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2349         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2350         /*
2351          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2352          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2353          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2354          *   be set to NULL, or
2355          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2356          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2357          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2358          *   assignment causes no harm).
2359          */
2360         new_bfqq->bic = NULL;
2361         bfqq->bic = NULL;
2362         /* release process reference to bfqq */
2363         bfq_put_queue(bfqq);
2364 }
2365
2366 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2367                                 struct bio *bio)
2368 {
2369         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2370         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2371         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2372
2373         /*
2374          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2375          */
2376         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2377                 return false;
2378
2379         /*
2380          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2381          * merge only if rq is queued there.
2382          */
2383         if (!bfqq)
2384                 return false;
2385
2386         /*
2387          * We take advantage of this function to perform an early merge
2388          * of the queues of possible cooperating processes.
2389          */
2390         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2391         if (new_bfqq) {
2392                 /*
2393                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2394                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2395                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2396                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2397                  * and bfqq can be put.
2398                  */
2399                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2400                                 new_bfqq);
2401                 /*
2402                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2403                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2404                  * merged.
2405                  */
2406                 bfqq = new_bfqq;
2407
2408                 /*
2409                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2410                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2411                  * this function may be invoked again (and then may
2412                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2413                  */
2414                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2415         }
2416
2417         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2418 }
2419
2420 /*
2421  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2422  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2423  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2424  * processes.
2425  */
2426 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2427                                    struct bfq_queue *bfqq)
2428 {
2429         unsigned int timeout_coeff;
2430
2431         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2432                 timeout_coeff = 1;
2433         else
2434                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2435
2436         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2437
2438         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2439                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2440 }
2441
2442 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2443                                        struct bfq_queue *bfqq)
2444 {
2445         if (bfqq) {
2446                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2447
2448                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2449
2450                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2451                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2452                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2453                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2454                         /*
2455                          * For soft real-time queues, move the start
2456                          * of the weight-raising period forward by the
2457                          * time the queue has not received any
2458                          * service. Otherwise, a relatively long
2459                          * service delay is likely to cause the
2460                          * weight-raising period of the queue to end,
2461                          * because of the short duration of the
2462                          * weight-raising period of a soft real-time
2463                          * queue.  It is worth noting that this move
2464                          * is not so dangerous for the other queues,
2465                          * because soft real-time queues are not
2466                          * greedy.
2467                          *
2468                          * To not add a further variable, we use the
2469                          * overloaded field budget_timeout to
2470                          * determine for how long the queue has not
2471                          * received service, i.e., how much time has
2472                          * elapsed since the queue expired. However,
2473                          * this is a little imprecise, because
2474                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2475                          * not only expires, but also remains with no
2476                          * request.
2477                          */
2478                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2479                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2480                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2481                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2482                         else
2483                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2484                 }
2485
2486                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2487                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2488                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2489                              bfqq->entity.budget);
2490         }
2491
2492         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2493 }
2494
2495 /*
2496  * Get and set a new queue for service.
2497  */
2498 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2499 {
2500         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2501
2502         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2503         return bfqq;
2504 }
2505
2506 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2507 {
2508         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2509         u32 sl;
2510
2511         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2512
2513         /*
2514          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2515          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2516          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2517          */
2518         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2519         /*
2520          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2521          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2522          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2523          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2524          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2525          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2526          * needed if the queue has a higher weight than some other
2527          * queue).
2528          */
2529         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2530             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2531                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2532
2533         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2534         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2535                       HRTIMER_MODE_REL);
2536         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2537 }
2538
2539 /*
2540  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2541  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2542  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2543  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2544  * this maximises throughput with sequential workloads.
2545  */
2546 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2547 {
2548         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2549                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2550 }
2551
2552 /*
2553  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2554  * function of the estimated peak rate. See comments on
2555  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2556  */
2557 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2558 {
2559         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2560                 bfqd->bfq_max_budget =
2561                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2562                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2563         }
2564 }
2565
2566 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2567                                        struct request *rq)
2568 {
2569         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2570                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2571                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2572                 bfqd->sequential_samples = 0;
2573                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2574                         blk_rq_sectors(rq);
2575         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2576                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2577
2578         bfq_log(bfqd,
2579                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2580                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2581                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2582 }
2583
2584 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2585 {
2586         u32 rate, weight, divisor;
2587
2588         /*
2589          * For the convergence property to hold (see comments on
2590          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2591          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2592          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2593          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2594          * for a new evaluation attempt.
2595          */
2596         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2597             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2598                 goto reset_computation;
2599
2600         /*
2601          * If a new request completion has occurred after last
2602          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2603          * have been served by the device, it is more precise to
2604          * extend the observation interval to the last completion.
2605          */
2606         bfqd->delta_from_first =
2607                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2608                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2609
2610         /*
2611          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2612          * precision issues.
2613          */
2614         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2615                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2616
2617         /*
2618          * Peak rate not updated if:
2619          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2620          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2621          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2622          */
2623         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2624              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2625                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2626                 goto reset_computation;
2627
2628         /*
2629          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2630          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2631          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2632          * measured rate.
2633          *
2634          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2635          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2636          * and to how long the observation time interval is.
2637          *
2638          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2639          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2640          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2641          * the measured rate contributes for half of the next value of
2642          * the estimated peak rate.
2643          *
2644          * So, the first step is to compute the weight as a function
2645          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2646          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2647          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2648          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2649          * incremented for the first sample.
2650          */
2651         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2652
2653         /*
2654          * Second step: further refine the weight as a function of the
2655          * duration of the observation interval.
2656          */
2657         weight = min_t(u32, 8,
2658                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2659                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2660
2661         /*
2662          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2663          * maximum weight.
2664          */
2665         divisor = 10 - weight;
2666
2667         /*
2668          * Finally, update peak rate:
2669          *
2670          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2671          */
2672         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2673         bfqd->peak_rate /= divisor;
2674         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2675
2676         bfqd->peak_rate += rate;
2677
2678         /*
2679          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2680          * the minimum representable values reported in the comments
2681          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2682          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2683          * divisor.
2684          */
2685         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2686
2687         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2688
2689 reset_computation:
2690         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2691 }
2692
2693 /*
2694  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2695  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2696  *
2697  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2698  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2699  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2700  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2701  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2702  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2703  * by the device.
2704  *
2705  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2706  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2707  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2708  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2709  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2710  * unknown, namely in-device request service rate.
2711  *
2712  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2713  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2714  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2715  * same requests are then served. But, since the size of any
2716  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2717  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2718  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2719  * closer and closer to the number of requests completed as the
2720  * observation interval grows. This is the key property used in
2721  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2722  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2723  * on every request dispatch.
2724  */
2725 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2726 {
2727         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2728
2729         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2730                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2731                         bfqd->peak_rate_samples);
2732                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2733                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2734         }
2735
2736         /*
2737          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2738          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2739          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2740          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2741          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2742          * taken:
2743          * - close the observation interval at the last (previous)
2744          *   request dispatch or completion
2745          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2746          * - start a new observation interval with this dispatch
2747          */
2748         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2749             bfqd->rq_in_driver == 0)
2750                 goto update_rate_and_reset;
2751
2752         /* Update sampling information */
2753         bfqd->peak_rate_samples++;
2754
2755         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2756                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2757              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2758                 bfqd->sequential_samples++;
2759
2760         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2761
2762         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2763         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2764                 bfqd->last_rq_max_size =
2765                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2766         else
2767                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2768
2769         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2770
2771         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2772         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2773                 goto update_last_values;
2774
2775 update_rate_and_reset:
2776         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2777 update_last_values:
2778         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2779         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2780 }
2781
2782 /*
2783  * Remove request from internal lists.
2784  */
2785 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2786 {
2787         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2788
2789         /*
2790          * For consistency, the next instruction should have been
2791          * executed after removing the request from the queue and
2792          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2793          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2794          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2795          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2796          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2797          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2798          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2799          * happens to be taken into account.
2800          */
2801         bfqq->dispatched++;
2802         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2803
2804         bfq_remove_request(q, rq);
2805 }
2806
2807 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2808 {
2809         /*
2810          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2811          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2812          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2813          * break the queues apart again.
2814          */
2815         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2816                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2817
2818         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2819                 if (bfqq->dispatched == 0)
2820                         /*
2821                          * Overloading budget_timeout field to store
2822                          * the time at which the queue remains with no
2823                          * backlog and no outstanding request; used by
2824                          * the weight-raising mechanism.
2825                          */
2826                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2827
2828                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2829         } else {
2830                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2831                 /*
2832                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2833                  */
2834                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2835         }
2836
2837         /*
2838          * All in-service entities must have been properly deactivated
2839          * or requeued before executing the next function, which
2840          * resets all in-service entites as no more in service.
2841          */
2842         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2843 }
2844
2845 /**
2846  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2847  * @bfqd: device data.
2848  * @bfqq: queue to update.
2849  * @reason: reason for expiration.
2850  *
2851  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2852  * See the body for detailed comments.
2853  */
2854 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2855                                      struct bfq_queue *bfqq,
2856                                      enum bfqq_expiration reason)
2857 {
2858         struct request *next_rq;
2859         int budget, min_budget;
2860
2861         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2862
2863         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2864                 budget = bfqq->max_budget;
2865         else /*
2866               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2867               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2868               * than the minimum possible budget, to cause a little
2869               * bit fewer expirations.
2870               */
2871                 budget = 2 * min_budget;
2872
2873         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2874                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2875         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2876                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2877         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2878                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2879
2880         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2881                 switch (reason) {
2882                 /*
2883                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2884                  * for throughput.
2885                  */
2886                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2887                         /*
2888                          * This is the only case where we may reduce
2889                          * the budget: if there is no request of the
2890                          * process still waiting for completion, then
2891                          * we assume (tentatively) that the timer has
2892                          * expired because the batch of requests of
2893                          * the process could have been served with a
2894                          * smaller budget.  Hence, betting that
2895                          * process will behave in the same way when it
2896                          * becomes backlogged again, we reduce its
2897                          * next budget.  As long as we guess right,
2898                          * this budget cut reduces the latency
2899                          * experienced by the process.
2900                          *
2901                          * However, if there are still outstanding
2902                          * requests, then the process may have not yet
2903                          * issued its next request just because it is
2904                          * still waiting for the completion of some of
2905                          * the still outstanding ones.  So in this
2906                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2907                          * contrary we increase it to possibly boost
2908                          * the throughput, as discussed in the
2909                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2910                          */
2911                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2912                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2913                         else {
2914                                 if (budget > 5 * min_budget)
2915                                         budget -= 4 * min_budget;
2916                                 else
2917                                         budget = min_budget;
2918                         }
2919                         break;
2920                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2921                         /*
2922                          * We double the budget here because it gives
2923                          * the chance to boost the throughput if this
2924                          * is not a seeky process (and has bumped into
2925                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2926                          */
2927                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2928                         break;
2929                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2930                         /*
2931                          * The process still has backlog, and did not
2932                          * let either the budget timeout or the disk
2933                          * idling timeout expire. Hence it is not
2934                          * seeky, has a short thinktime and may be
2935                          * happy with a higher budget too. So
2936                          * definitely increase the budget of this good
2937                          * candidate to boost the disk throughput.
2938                          */
2939                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2940                         break;
2941                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2942                         /*
2943                          * For queues that expire for this reason, it
2944                          * is particularly important to keep the
2945                          * budget close to the actual service they
2946                          * need. Doing so reduces the timestamp
2947                          * misalignment problem described in the
2948                          * comments in the body of
2949                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2950                          * that a queue systematically expires for
2951                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2952                          * new request in time to enjoy timestamp
2953                          * back-shifting. The larger the budget of the
2954                          * queue is with respect to the service the
2955                          * queue actually requests in each service
2956                          * slot, the more times the queue can be
2957                          * reactivated with the same virtual finish
2958                          * time. It follows that, even if this finish
2959                          * time is pushed to the system virtual time
2960                          * to reduce the consequent timestamp
2961                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2962                          * many re-activations a lower finish time
2963                          * than all newly activated queues.
2964                          *
2965                          * The service needed by bfqq is measured
2966                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2967                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2968                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2969                          * of sectors that the process associated with
2970                          * bfqq requested to read/write before waiting
2971                          * for request completions, or blocking for
2972                          * other reasons.
2973                          */
2974                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2975                         break;
2976                 default:
2977                         return;
2978                 }
2979         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2980                 /*
2981                  * Async queues get always the maximum possible
2982                  * budget, as for them we do not care about latency
2983                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2984                  * by the charging factor).
2985                  */
2986                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2987         }
2988
2989         bfqq->max_budget = budget;
2990
2991         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2992             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2993                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2994
2995         /*
2996          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2997          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2998          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2999          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3000          * update.
3001          *
3002          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3003          * it will be updated on the arrival of a new request.
3004          */
3005         next_rq = bfqq->next_rq;
3006         if (next_rq)
3007                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3008                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3009
3010         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3011                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3012                         bfqq->entity.budget);
3013 }
3014
3015 /*
3016  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3017  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3018  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3019  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3020  * on the function bfq_bfqq_expire().
3021  *
3022  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3023  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3024  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3025  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3026  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3027  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3028  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3029  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3030  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3031  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3032  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3033  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3034  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3035  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3036  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3037  * finishes.
3038  *
3039  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3040  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3041  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3042  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3043  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3044  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3045  */
3046 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3047                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3048                                  unsigned long *delta_ms)
3049 {
3050         ktime_t delta_ktime;
3051         u32 delta_usecs;
3052         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3053
3054         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3055                 return false;
3056
3057         if (compensate)
3058                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3059         else
3060                 delta_ktime = ktime_get();
3061         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3062         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3063
3064         /* don't use too short time intervals */
3065         if (delta_usecs < 1000) {
3066                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3067                          /*
3068                           * give same worst-case guarantees as idling
3069                           * for seeky
3070                           */
3071                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3072                 else /* charge at least one seek */
3073                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3074
3075                 return slow;
3076         }
3077
3078         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3079
3080         /*
3081          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3082          * spikes in service rate estimation.
3083          */
3084         if (delta_usecs > 20000) {
3085                 /*
3086                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3087                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3088                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3089                  * rate is likely to be an average over the disk
3090                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3091                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3092                  * its rate has been lower than half of the estimated
3093                  * peak rate.
3094                  */
3095                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3096         }
3097
3098         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3099
3100         return slow;
3101 }
3102
3103 /*
3104  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3105  * requirements. First, the application must not require an average
3106  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3107  * record a compressed high-definition video.
3108  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3109  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3110  * that, if the next request of the application does not arrive before
3111  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3112  *
3113  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3114  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3115  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3116  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3117  * and so on.
3118  * For this reason the next function is invoked to compute
3119  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3120  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3121  * not.
3122  *
3123  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3124  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3125  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3126  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3127  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3128  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3129  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3130  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3131  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3132  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3133  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3134  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3135  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3136  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3137  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3138  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3139  *
3140  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3141  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3142  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3143  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3144  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3145  *     the return value of this function with the current time plus
3146  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3147  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3148  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3149  *     real-time application spends some time processing data, after a
3150  *     batch of its requests has been completed.
3151  *
3152  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3153  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3154  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3155  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3156  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3157  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3158  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3159  *     time intervals are usually interspersed between other time
3160  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3161  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3162  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3163  *     function happen to be so high, near the end of any such
3164  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3165  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3166  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3167  *     this function. As a consequence, if the last value of
3168  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3169  *     next value that this function may return, then, from the very
3170  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3171  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3172  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3173  *     to soon for the application to be deemed as soft
3174  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3175  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3176  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3177  *
3178  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3179  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3180  * application, if the reference quantity was just
3181  * bfqd->bfq_slice_idle:
3182  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3183  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3184  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3185  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3186  *    is rather lower than the exact value.
3187  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3188  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3189  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3190  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3191  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3192  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3193  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3194  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3195  */
3196 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3197                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3198 {
3199         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3200                     bfqq->last_idle_bklogged +
3201                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3202                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3203                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3204 }
3205
3206 static bool bfq_bfqq_injectable(struct bfq_queue *bfqq)
3207 {
3208         return BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3209                 blk_queue_nonrot(bfqq->bfqd->queue) &&
3210                 bfqq->bfqd->hw_tag;
3211 }
3212
3213 /**
3214  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3215  * @bfqd: device owning the queue.
3216  * @bfqq: the queue to expire.
3217  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3218  * @reason: the reason causing the expiration.
3219  *
3220  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3221  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3222  * in service instead of the service it has received (see
3223  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3224  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3225  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3226  * received more service than what it has actually received. In the
3227  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3228  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3229  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3230  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3231  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3232  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3233  *
3234  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3235  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3236  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3237  * guarantees among the latter.
3238  */
3239 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3240                      struct bfq_queue *bfqq,
3241                      bool compensate,
3242                      enum bfqq_expiration reason)
3243 {
3244         bool slow;
3245         unsigned long delta = 0;
3246         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3247         int ref;
3248
3249         /*
3250          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3251          */
3252         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3253
3254         /*
3255          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3256          * timed-out queues with the time and not the service
3257          * received, to favor sequential workloads.
3258          *
3259          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3260          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3261          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3262          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3263          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3264          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3265          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3266          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3267          * or quasi-sequential processes.
3268          */
3269         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3270             (slow ||
3271              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3272               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3273                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3274
3275         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3276             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3277                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3278
3279         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3280                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3281
3282         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3283             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3284                 /*
3285                  * If we get here, and there are no outstanding
3286                  * requests, then the request pattern is isochronous
3287                  * (see the comments on the function
3288                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3289                  * soft_rt_next_start. And we do it, unless bfqq is in
3290                  * interactive weight raising. We do not do it in the
3291                  * latter subcase, for the following reason. bfqq may
3292                  * be conveying the I/O needed to load a soft
3293                  * real-time application. Such an application will
3294                  * actually exhibit a soft real-time I/O pattern after
3295                  * it finally starts doing its job. But, if
3296                  * soft_rt_next_start is computed here for an
3297                  * interactive bfqq, and bfqq had received a lot of
3298                  * service before remaining with no outstanding
3299                  * request (likely to happen on a fast device), then
3300                  * soft_rt_next_start would be assigned such a high
3301                  * value that, for a very long time, bfqq would be
3302                  * prevented from being possibly considered as soft
3303                  * real time.
3304                  *
3305                  * If, instead, the queue still has outstanding
3306                  * requests, then we have to wait for the completion
3307                  * of all the outstanding requests to discover whether
3308                  * the request pattern is actually isochronous.
3309                  */
3310                 if (bfqq->dispatched == 0 &&
3311                     bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
3312                         bfqq->soft_rt_next_start =
3313                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3314                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
3315                         /*
3316                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3317                          * the task may be discovered to be isochronous.
3318                          */
3319                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3320                 }
3321         }
3322
3323         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3324                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3325                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3326
3327         /*
3328          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3329          * reason.
3330          */
3331         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3332         ref = bfqq->ref;
3333         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3334
3335         if (ref == 1) /* bfqq is gone, no more actions on it */
3336                 return;
3337
3338         bfqq->injected_service = 0;
3339
3340         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3341         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3342             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3343             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3344                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3345                 /*
3346                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3347                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3348                  * service with this same budget (as if it never expired)
3349                  */
3350         } else
3351                 entity->service = 0;
3352
3353         /*
3354          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3355          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3356          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3357          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3358          * chance to go on being served using the last, partially
3359          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3360          * because if bfqq then actually goes on being served using
3361          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3362          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3363          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3364          * to keep entity->service for parent entities too, because
3365          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3366          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3367          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3368          * service with the same budget.
3369          */
3370         entity = entity->parent;
3371         for_each_entity(entity)
3372                 entity->service = 0;
3373 }
3374
3375 /*
3376  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3377  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3378  * idle timer expirations.
3379  */
3380 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3381 {
3382         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3383 }
3384
3385 /*
3386  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3387  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3388  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3389  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3390  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3391  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3392  */
3393 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3394 {
3395         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3396                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3397                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3398                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3399                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3400
3401         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3402                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3403                 &&
3404                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3405 }
3406
3407 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
3408                                              struct bfq_queue *bfqq)
3409 {
3410         bool rot_without_queueing =
3411                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3412                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3413                 idling_boosts_thr;
3414
3415         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3416                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3417
3418         /*
3419          * The next variable takes into account the cases where idling
3420          * boosts the throughput.
3421          *
3422          * The value of the variable is computed considering, first, that
3423          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3424          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3425          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3426          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3427          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3428          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3429          *     I/O-bound and sequential.
3430          *
3431          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3432          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3433          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3434          * the throughput in proportion to how fast the device
3435          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3436          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3437          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3438          * flash-based device.
3439          */
3440         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3441                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3442                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3443
3444         /*
3445          * The return value of this function is equal to that of
3446          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3447          * special case, described below, idling may cause problems to
3448          * weight-raised queues.
3449          *
3450          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3451          * of write hogs), if the processes associated with
3452          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3453          * then processes associated with weight-raised queues have a
3454          * higher probability to get a request from the pool
3455          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3456          * they have a higher probability to actually get a fraction
3457          * of the device throughput proportional to their high
3458          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3459          * which enqueue several requests in advance, and further
3460          * reorder internally-queued requests.
3461          *
3462          * For this reason, we force to false the return value if
3463          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
3464          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
3465          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
3466          * then idling will be guaranteed by another variable, see
3467          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
3468          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
3469          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
3470          * requests served, and thus to ask for a lower number of
3471          * requests from the request pool, before the busy
3472          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
3473          * starvation problems in the presence of heavy write
3474          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
3475          * application and system responsiveness in these hostile
3476          * scenarios.
3477          */
3478         return idling_boosts_thr &&
3479                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3480 }
3481
3482 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3483                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3484 {
3485         /*
3486          * There is a case where idling must be performed not for
3487          * throughput concerns, but to preserve service guarantees.
3488          *
3489          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3490          * to enqueue more than one request at a time, and thereby
3491          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3492          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3493          * actual request service order. In particular, the critical
3494          * situation is when requests from different processes happen
3495          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3496          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3497          * the service order of the internally-queued requests, does
3498          * determine also the actual throughput distribution among
3499          * these processes. But the drive typically has no notion or
3500          * concern about per-process throughput distribution, and
3501          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3502          * the service distribution enforced by the drive's internal
3503          * scheduler is likely to coincide with the desired
3504          * device-throughput distribution only in a completely
3505          * symmetric scenario where:
3506          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3507          *      the others;
3508          * (ii) the I/O of each process has the same properties, in
3509          *      terms of locality (sequential or random), direction
3510          *      (reads or writes), request sizes, greediness
3511          *      (from I/O-bound to sporadic), and so on.
3512          * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat
3513          * the requests of each of these processes in about the same
3514          * way as the requests of the others, and thus to provide
3515          * each of these processes with about the same throughput
3516          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3517          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3518          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3519          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3520          * details).
3521          * The problem is that idling may significantly reduce
3522          * throughput with certain combinations of types of I/O and
3523          * devices. An important example is sync random I/O, on flash
3524          * storage with command queueing. So, unless bfqq falls in the
3525          * above cases where idling also boosts throughput, it would
3526          * be important to check conditions (i) and (ii) accurately,
3527          * so as to avoid idling when not strictly needed for service
3528          * guarantees.
3529          *
3530          * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly
3531          * check condition (ii). And, in case there are active groups,
3532          * it becomes very difficult to check condition (i) too. In
3533          * fact, if there are active groups, then, for condition (i)
3534          * to become false, it is enough that an active group contains
3535          * more active processes or sub-groups than some other active
3536          * group. More precisely, for condition (i) to hold because of
3537          * such a group, it is not even necessary that the group is
3538          * (still) active: it is sufficient that, even if the group
3539          * has become inactive, some of its descendant processes still
3540          * have some request already dispatched but still waiting for
3541          * completion. In fact, requests have still to be guaranteed
3542          * their share of the throughput even after being
3543          * dispatched. In this respect, it is easy to show that, if a
3544          * group frequently becomes inactive while still having
3545          * in-flight requests, and if, when this happens, the group is
3546          * not considered in the calculation of whether the scenario
3547          * is asymmetric, then the group may fail to be guaranteed its
3548          * fair share of the throughput (basically because idling may
3549          * not be performed for the descendant processes of the group,
3550          * but it had to be).  We address this issue with the
3551          * following bi-modal behavior, implemented in the function
3552          * bfq_symmetric_scenario().
3553          *
3554          * If there are groups with requests waiting for completion
3555          * (as commented above, some of these groups may even be
3556          * already inactive), then the scenario is tagged as
3557          * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3558          * conditions (i) and (ii). So the device is idled for bfqq.
3559          * This behavior matches also the fact that groups are created
3560          * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3561          * preserve bandwidth and latency guarantees).
3562          *
3563          * On the opposite end, if there are no groups with requests
3564          * waiting for completion, then only condition (i) is actually
3565          * controlled, i.e., provided that condition (i) holds, idling
3566          * is not performed, regardless of whether condition (ii)
3567          * holds. In other words, only if condition (i) does not hold,
3568          * then idling is allowed, and the device tends to be
3569          * prevented from queueing many requests, possibly of several
3570          * processes. Since there are no groups with requests waiting
3571          * for completion, then, to control condition (i) it is enough
3572          * to check just whether all the queues with requests waiting
3573          * for completion also have the same weight.
3574          *
3575          * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3576          * risk of getting less throughput than its fair share.
3577          * However, for queues with the same weight, a further
3578          * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3579          * problem. And it does so without consequences on overall
3580          * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3581          * in the next three paragraphs.
3582          *
3583          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3584          * can still preempt the new in-service queue if the next
3585          * request of Q arrives soon (see the comments on
3586          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3587          * groups have the same weight, this form of preemption,
3588          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3589          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3590          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3591          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3592          * idling allows the internal queues of the device to contain
3593          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3594          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3595          * minimum of mid-term fairness.
3596          *
3597          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3598          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3599          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3600          * that there are two queues with the same weight, but that
3601          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3602          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3603          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3604          * most one request at a time, which implies that each queue
3605          * always remains idle after it is served. Finally, after
3606          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3607          * request. It follows that the two queues are served
3608          * alternatively, preempting each other if needed. This
3609          * implies that, although both queues have the same weight,
3610          * the queue with large requests receives a service that is
3611          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3612          * queue.
3613          *
3614          * The motivation for using preemption instead of idling (for
3615          * queues with the same weight) is that, by not idling,
3616          * service guarantees are preserved (completely or at least in
3617          * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3618          * there is no active group, then the primary expectation for
3619          * this device is probably a high throughput.
3620          *
3621          * We are now left only with explaining the additional
3622          * compound condition that is checked below for deciding
3623          * whether the scenario is asymmetric. To explain this
3624          * compound condition, we need to add that the function
3625          * bfq_symmetric_scenario checks the weights of only
3626          * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see
3627          * comments on bfq_weights_tree_add()). Then the fact that
3628          * bfqq is weight-raised is checked explicitly here. More
3629          * precisely, the compound condition below takes into account
3630          * also the fact that, even if bfqq is being weight-raised,
3631          * the scenario is still symmetric if all queues with requests
3632          * waiting for completion happen to be
3633          * weight-raised. Actually, we should be even more precise
3634          * here, and differentiate between interactive weight raising
3635          * and soft real-time weight raising.
3636          *
3637          * As a side note, it is worth considering that the above
3638          * device-idling countermeasures may however fail in the
3639          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3640          * disabled in a time period during which all symmetry
3641          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3642          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3643          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3644          * to let requests be served in the desired order until all
3645          * the requests already queued in the device have been served.
3646          */
3647         bool asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3648                                     bfqd->wr_busy_queues <
3649                                     bfq_tot_busy_queues(bfqd)) ||
3650                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3651
3652         /*
3653          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3654          * best choice even if it may cause unfairness toward
3655          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3656          * queue activations. Queues that became active during a large
3657          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3658          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3659          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3660          * then the device must no be idled, because not idling the
3661          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3662          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3663          * now establish when idling is actually needed to preserve
3664          * service guarantees.
3665          */
3666         return asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3667 }
3668
3669 /*
3670  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3671  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
3672  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
3673  * and service guarantees, the return value of this function plays a
3674  * critical role as well.
3675  *
3676  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3677  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3678  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3679  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3680  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3681  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3682  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3683  * issue.
3684  *
3685  * Most of the issues taken into account to get the return value of
3686  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
3687  * functions providing the main pieces of information needed by this
3688  * function.
3689  */
3690 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3691 {
3692         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3693         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
3694
3695         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
3696                 return true;
3697
3698         /*
3699          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3700          * do not idle if
3701          * (a) bfqq is async
3702          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3703          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3704          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3705          */
3706         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3707            bfq_class_idle(bfqq))
3708                 return false;
3709
3710         idling_boosts_thr_with_no_issue =
3711                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
3712
3713         idling_needed_for_service_guar =
3714                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
3715
3716         /*
3717          * We have now the two components we need to compute the
3718          * return value of the function, which is true only if idling
3719          * either boosts the throughput (without issues), or is
3720          * necessary to preserve service guarantees.
3721          */
3722         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
3723                 idling_needed_for_service_guar;
3724 }
3725
3726 /*
3727  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3728  * returns true, then:
3729  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3730  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3731  *    request for the queue.
3732  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3733  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3734  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3735  * returns true.
3736  */
3737 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3738 {
3739         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3740 }
3741
3742 static struct bfq_queue *bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3743 {
3744         struct bfq_queue *bfqq;
3745
3746         /*
3747          * A linear search; but, with a high probability, very few
3748          * steps are needed to find a candidate queue, i.e., a queue
3749          * with enough budget left for its next request. In fact:
3750          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
3751          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
3752          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
3753          *   service, then the queue is removed from the active list
3754          *   (and re-added only if it gets new requests, but with
3755          *   enough budget for its new backlog).
3756          */
3757         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
3758                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3759                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
3760                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq))
3761                         return bfqq;
3762
3763         return NULL;
3764 }
3765
3766 /*
3767  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3768  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3769  */
3770 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3771 {
3772         struct bfq_queue *bfqq;
3773         struct request *next_rq;
3774         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3775
3776         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3777         if (!bfqq)
3778                 goto new_queue;
3779
3780         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3781
3782         /*
3783          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3784          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3785          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3786          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3787          * bfq_completed_request().
3788          */
3789         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3790             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3791                 goto expire;
3792
3793 check_queue:
3794         /*
3795          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3796          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3797          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3798          * request served.
3799          */
3800         next_rq = bfqq->next_rq;
3801         /*
3802          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3803          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3804          */
3805         if (next_rq) {
3806                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3807                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3808                         /*
3809                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3810                          * which makes sure that the next budget is
3811                          * enough to serve the next request, even if
3812                          * it comes from the fifo expired path.
3813                          */
3814                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3815                         goto expire;
3816                 } else {
3817                         /*
3818                          * The idle timer may be pending because we may
3819                          * not disable disk idling even when a new request
3820                          * arrives.
3821                          */
3822                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3823                                 /*
3824                                  * If we get here: 1) at least a new request
3825                                  * has arrived but we have not disabled the
3826                                  * timer because the request was too small,
3827                                  * 2) then the block layer has unplugged
3828                                  * the device, causing the dispatch to be
3829                                  * invoked.
3830                                  *
3831                                  * Since the device is unplugged, now the
3832                                  * requests are probably large enough to
3833                                  * provide a reasonable throughput.
3834                                  * So we disable idling.
3835                                  */
3836                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3837                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3838                         }
3839                         goto keep_queue;
3840                 }
3841         }
3842
3843         /*
3844          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3845          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3846          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3847          *
3848          * Yet, to boost throughput, inject service from other queues if
3849          * possible.
3850          */
3851         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3852             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3853                 if (bfq_bfqq_injectable(bfqq) &&
3854                     bfqq->injected_service * bfqq->inject_coeff <
3855                     bfqq->entity.service * 10)
3856                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
3857                 else
3858                         bfqq = NULL;
3859
3860                 goto keep_queue;
3861         }
3862
3863         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3864 expire:
3865         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3866 new_queue:
3867         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3868         if (bfqq) {
3869                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3870                 goto check_queue;
3871         }
3872 keep_queue:
3873         if (bfqq)
3874                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3875         else
3876                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3877
3878         return bfqq;
3879 }
3880
3881 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3882 {
3883         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3884
3885         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3886                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3887                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3888                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3889                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3890                         bfqq->wr_coeff,
3891                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3892
3893                 if (entity->prio_changed)
3894                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3895
3896                 /*
3897                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3898                  * time has elapsed from the beginning of this
3899                  * weight-raising period, then end weight raising.
3900                  */
3901                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3902                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3903                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3904                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3905                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3906                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3907                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3908                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3909                         else {
3910                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3911                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3912                         }
3913                 }
3914                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3915                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3916                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3917                         /* see comments on max_service_from_wr */
3918                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3919                 }
3920         }
3921         /*
3922          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3923          * update weight both if it must be raised and if it must be
3924          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3925          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3926          * next function with the last parameter unset (see the
3927          * comments on the function).
3928          */
3929         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3930                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3931                                                 entity, false);
3932 }
3933
3934 /*
3935  * Dispatch next request from bfqq.
3936  */
3937 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3938                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3939 {
3940         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3941         unsigned long service_to_charge;
3942
3943         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3944
3945         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3946
3947         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3948
3949         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
3950                 if (likely(bfqd->in_service_queue))
3951                         bfqd->in_service_queue->injected_service +=
3952                                 bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3953
3954                 goto return_rq;
3955         }
3956
3957         /*
3958          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3959          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3960          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3961          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3962          * weight-raised during this service slot, even if it has
3963          * received part or even most of the service as a
3964          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3965          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3966          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3967          */
3968         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3969
3970         /*
3971          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3972          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3973          * service.
3974          */
3975         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
3976                 goto return_rq;
3977
3978         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3979
3980 return_rq:
3981         return rq;
3982 }
3983
3984 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3985 {
3986         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3987
3988         /*
3989          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3990          * most a call to dispatch for nothing
3991          */
3992         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3993                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
3994 }
3995
3996 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3997 {
3998         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3999         struct request *rq = NULL;
4000         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4001
4002         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4003                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4004                                       queuelist);
4005                 list_del_init(&rq->queuelist);
4006
4007                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4008
4009                 if (bfqq) {
4010                         /*
4011                          * Increment counters here, because this
4012                          * dispatch does not follow the standard
4013                          * dispatch flow (where counters are
4014                          * incremented)
4015                          */
4016                         bfqq->dispatched++;
4017
4018                         goto inc_in_driver_start_rq;
4019                 }
4020
4021                 /*
4022                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4023                  * decrement rq_in_driver, but
4024                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4025                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4026                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4027                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4028                  * lower than it should be while this request is in
4029                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4030                  * invoked uselessly.
4031                  *
4032                  * As for implementing an exact solution, the
4033                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4034                  * probably invoked also on this request. So, by
4035                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4036                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4037                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4038                  * let the value of the counter be always accurate,
4039                  * but it would entail using an extra interface
4040                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4041                  * being the frequency of non-elevator-private
4042                  * requests very low.
4043                  */
4044                 goto start_rq;
4045         }
4046
4047         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4048                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4049
4050         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4051                 goto exit;
4052
4053         /*
4054          * Force device to serve one request at a time if
4055          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4056          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4057          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4058          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4059          * some unlucky request wait for as long as the device
4060          * wishes.
4061          *
4062          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4063          * throughput.
4064          */
4065         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4066                 goto exit;
4067
4068         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4069         if (!bfqq)
4070                 goto exit;
4071
4072         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4073
4074         if (rq) {
4075 inc_in_driver_start_rq:
4076                 bfqd->rq_in_driver++;
4077 start_rq:
4078                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4079         }
4080 exit:
4081         return rq;
4082 }
4083
4084 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4085 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4086                                       struct request *rq,
4087                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4088                                       bool idle_timer_disabled)
4089 {
4090         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4091
4092         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4093                 return;
4094
4095         /*
4096          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4097          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4098          * dispatched to the device, and then can be completed and
4099          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4100          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4101          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4102          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4103          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4104          *
4105          * In addition, the following queue lock guarantees that
4106          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4107          */
4108         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4109         if (idle_timer_disabled)
4110                 /*
4111                  * Since the idle timer has been disabled,
4112                  * in_serv_queue contained some request when
4113                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4114                  * implies that rq was picked exactly from
4115                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4116                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4117                  * arguments.
4118                  */
4119                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4120         if (bfqq) {
4121                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4122
4123                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4124                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4125                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4126         }
4127         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4128 }
4129 #else
4130 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4131                                              struct request *rq,
4132                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4133                                              bool idle_timer_disabled) {}
4134 #endif
4135
4136 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4137 {
4138         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4139         struct request *rq;
4140         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4141         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4142
4143         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4144
4145         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4146         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4147
4148         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4149
4150         idle_timer_disabled =
4151                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4152
4153         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4154
4155         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4156                                   idle_timer_disabled);
4157
4158         return rq;
4159 }
4160
4161 /*
4162  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4163  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4164  *
4165  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4166  * this function on it.
4167  */
4168 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4169 {
4170 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4171         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4172 #endif
4173
4174         if (bfqq->bfqd)
4175                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4176                              bfqq, bfqq->ref);
4177
4178         bfqq->ref--;
4179         if (bfqq->ref)
4180                 return;
4181
4182         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4183                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4184                 /*
4185                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4186                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4187                  * does not contribute to the burst any longer. This
4188                  * decrement helps filter out false positives of large
4189                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4190                  * the execution of commands by some service) happens
4191                  * to start and exit while a complex application is
4192                  * starting, and thus spawning several processes that
4193                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4194                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4195                  *
4196                  * In particular, the decrement is performed only if:
4197                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4198                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4199                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4200                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4201                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4202                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4203                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4204                  * the current burst list--without incrementing
4205                  * bust_size--because of a split, but the current
4206                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4207                  * (see comments on the case of a split in
4208                  * bfq_set_request).
4209                  */
4210                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4211                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4212         }
4213
4214         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4215 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4216         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4217 #endif
4218 }
4219
4220 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4221 {
4222         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4223
4224         /*
4225          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4226          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4227          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4228          */
4229         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4230         while (__bfqq) {
4231                 if (__bfqq == bfqq)
4232                         break;
4233                 next = __bfqq->new_bfqq;
4234                 bfq_put_queue(__bfqq);
4235                 __bfqq = next;
4236         }
4237 }
4238
4239 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4240 {
4241         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4242                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4243                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4244         }
4245
4246         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4247
4248         bfq_put_cooperator(bfqq);
4249
4250         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4251 }
4252
4253 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4254 {
4255         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4256         struct bfq_data *bfqd;
4257
4258         if (bfqq)
4259                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4260
4261         if (bfqq && bfqd) {
4262                 unsigned long flags;
4263
4264                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4265                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4266                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4267                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4268         }
4269 }
4270
4271 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4272 {
4273         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4274
4275         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4276         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4277 }
4278
4279 /*
4280  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4281  * be used until the next (re)activation.
4282  */
4283 static void
4284 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4285 {
4286         struct task_struct *tsk = current;
4287         int ioprio_class;
4288         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4289
4290         if (!bfqd)
4291                 return;
4292
4293         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4294         switch (ioprio_class) {
4295         default:
4296                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4297                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4298                 /* fall through */
4299         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4300                 /*
4301                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4302                  */
4303                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4304                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4305                 break;
4306         case IOPRIO_CLASS_RT:
4307                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4308                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4309                 break;
4310         case IOPRIO_CLASS_BE:
4311                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4312                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4313                 break;
4314         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4315                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4316                 bfqq->new_ioprio = 7;
4317                 break;
4318         }
4319
4320         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4321                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4322                         bfqq->new_ioprio);
4323                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4324         }
4325
4326         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4327         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4328 }
4329
4330 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4331                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4332                                        struct bfq_io_cq *bic);
4333
4334 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4335 {
4336         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4337         struct bfq_queue *bfqq;
4338         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4339
4340         /*
4341          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4342          * drop the lock before returning.
4343          */
4344         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4345                 return;
4346
4347         bic->ioprio = ioprio;
4348
4349         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4350         if (bfqq) {
4351                 /* release process reference on this queue */
4352                 bfq_put_queue(bfqq);
4353                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4354                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4355         }
4356
4357         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4358         if (bfqq)
4359                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4360 }
4361
4362 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4363                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4364 {
4365         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4366         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4367         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4368
4369         bfqq->ref = 0;
4370         bfqq->bfqd = bfqd;
4371
4372         if (bic)
4373                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4374
4375         if (is_sync) {
4376                 /*
4377                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4378                  * idle_class, because no device idling is performed
4379                  * for queues in idle class
4380                  */
4381                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4382                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4383                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4384                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4385                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4386                 /*
4387                  * Aggressively inject a lot of service: up to 90%.
4388                  * This coefficient remains constant during bfqq life,
4389                  * but this behavior might be changed, after enough
4390                  * testing and tuning.
4391                  */
4392                 bfqq->inject_coeff = 1;
4393         } else
4394                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4395
4396         /* set end request to minus infinity from now */
4397         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4398
4399         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4400
4401         bfqq->pid = pid;
4402
4403         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4404         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4405         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4406
4407         bfqq->wr_coeff = 1;
4408         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4409         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4410         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4411
4412         /*
4413          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4414          * process/queue in the recent past,
4415          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4416          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4417          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4418          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4419          * no bandwidth so far.
4420          */
4421         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4422
4423         /* first request is almost certainly seeky */
4424         bfqq->seek_history = 1;
4425 }
4426
4427 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4428                                                struct bfq_group *bfqg,
4429                                                int ioprio_class, int ioprio)
4430 {
4431         switch (ioprio_class) {
4432         case IOPRIO_CLASS_RT:
4433                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4434         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4435                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4436                 /* fall through */
4437         case IOPRIO_CLASS_BE:
4438                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4439         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4440                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4441         default:
4442                 return NULL;
4443         }
4444 }
4445
4446 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4447                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4448                                        struct bfq_io_cq *bic)
4449 {
4450         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4451         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4452         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4453         struct bfq_queue *bfqq;
4454         struct bfq_group *bfqg;
4455
4456         rcu_read_lock();
4457
4458         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
4459         if (!bfqg) {
4460                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4461                 goto out;
4462         }
4463
4464         if (!is_sync) {
4465                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4466                                                   ioprio);
4467                 bfqq = *async_bfqq;
4468                 if (bfqq)
4469                         goto out;
4470         }
4471
4472         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4473                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4474                                      bfqd->queue->node);
4475
4476         if (bfqq) {
4477                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4478                               is_sync);
4479                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4480                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4481         } else {
4482                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4483                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4484                 goto out;
4485         }
4486
4487         /*
4488          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4489          * prune it.
4490          */
4491         if (async_bfqq) {
4492                 bfqq->ref++; /*
4493                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4494                               * queue. This extra reference is removed
4495                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4496                               * guarantee that this queue is not freed
4497                               * until its group goes away.
4498                               */
4499                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4500                              bfqq, bfqq->ref);
4501                 *async_bfqq = bfqq;
4502         }
4503
4504 out:
4505         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4506         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4507         rcu_read_unlock();
4508         return bfqq;
4509 }
4510
4511 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4512                                     struct bfq_queue *bfqq)
4513 {
4514         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4515         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4516
4517         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4518
4519         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4520         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4521         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4522                                      ttime->ttime_samples);
4523 }
4524
4525 static void
4526 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4527                        struct request *rq)
4528 {
4529         bfqq->seek_history <<= 1;
4530         bfqq->seek_history |=
4531                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4532                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4533                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4534 }
4535
4536 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4537                                        struct bfq_queue *bfqq,
4538                                        struct bfq_io_cq *bic)
4539 {
4540         bool has_short_ttime = true;
4541
4542         /*
4543          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4544          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4545          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4546          */
4547         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4548             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4549                 return;
4550
4551         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4552         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4553                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4554                 return;
4555
4556         /* Think time is infinite if no process is linked to
4557          * bfqq. Otherwise check average think time to
4558          * decide whether to mark as has_short_ttime
4559          */
4560         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4561             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4562              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4563                 has_short_ttime = false;
4564
4565         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4566                      has_short_ttime);
4567
4568         if (has_short_ttime)
4569                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4570         else
4571                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4572 }
4573
4574 /*
4575  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4576  * something we should do about it.
4577  */
4578 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4579                             struct request *rq)
4580 {
4581         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4582
4583         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4584                 bfqq->meta_pending++;
4585
4586         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4587         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4588         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4589
4590         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4591                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4592                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4593
4594         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4595
4596         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4597                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4598                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4599                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4600
4601                 /*
4602                  * There is just this request queued: if the request
4603                  * is small and the queue is not to be expired, then
4604                  * just exit.
4605                  *
4606                  * In this way, if the device is being idled to wait
4607                  * for a new request from the in-service queue, we
4608                  * avoid unplugging the device and committing the
4609                  * device to serve just a small request. On the
4610                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4611                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4612                  * will be merged to this one quickly, then the device
4613                  * will be unplugged and larger requests will be
4614                  * dispatched.
4615                  */
4616                 if (small_req && !budget_timeout)
4617                         return;
4618
4619                 /*
4620                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4621                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4622                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4623                  * timer.
4624                  */
4625                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4626                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4627
4628                 /*
4629                  * The queue is not empty, because a new request just
4630                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4631                  * case of budget timeout, without risking that the
4632                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4633                  * See [1] for more details.
4634                  */
4635                 if (budget_timeout)
4636                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4637                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4638         }
4639 }
4640
4641 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4642 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4643 {
4644         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4645                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4646         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4647
4648         if (new_bfqq) {
4649                 /*
4650                  * Release the request's reference to the old bfqq
4651                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4652                  */
4653                 new_bfqq->allocated++;
4654                 bfqq->allocated--;
4655                 new_bfqq->ref++;
4656                 /*
4657                  * If the bic associated with the process
4658                  * issuing this request still points to bfqq
4659                  * (and thus has not been already redirected
4660                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4661                  * then complete the merge and redirect it to
4662                  * new_bfqq.
4663                  */
4664                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4665                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4666                                         bfqq, new_bfqq);
4667
4668                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4669                 /*
4670                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4671                  * release rq reference on bfqq
4672                  */
4673                 bfq_put_queue(bfqq);
4674                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4675                 bfqq = new_bfqq;
4676         }
4677
4678         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4679         bfq_add_request(rq);
4680         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4681
4682         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4683         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4684
4685         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4686
4687         return idle_timer_disabled;
4688 }
4689
4690 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4691 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4692                                     struct bfq_queue *bfqq,
4693                                     bool idle_timer_disabled,
4694                                     unsigned int cmd_flags)
4695 {
4696         if (!bfqq)
4697                 return;
4698
4699         /*
4700          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4701          * either it is merged with another queue, or the process it
4702          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4703          * the same process currently executing this flow of
4704          * instructions.
4705          *
4706          * In addition, the following queue lock guarantees that
4707          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4708          */
4709         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4710         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4711         if (idle_timer_disabled)
4712                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4713         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4714 }
4715 #else
4716 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4717                                            struct bfq_queue *bfqq,
4718                                            bool idle_timer_disabled,
4719                                            unsigned int cmd_flags) {}
4720 #endif
4721
4722 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4723                                bool at_head)
4724 {
4725         struct request_queue *q = hctx->queue;
4726         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4727         struct bfq_queue *bfqq;
4728         bool idle_timer_disabled = false;
4729         unsigned int cmd_flags;
4730
4731         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4732         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4733                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4734                 return;
4735         }
4736
4737         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4738
4739         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4740
4741         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4742         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4743         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4744                 if (at_head)
4745                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4746                 else
4747                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4748         } else { /* bfqq is assumed to be non null here */
4749                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4750                 /*
4751                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4752                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4753                  * redirected into a new queue.
4754                  */
4755                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4756
4757                 if (rq_mergeable(rq)) {
4758                         elv_rqhash_add(q, rq);
4759                         if (!q->last_merge)
4760                                 q->last_merge = rq;
4761                 }
4762         }
4763
4764         /*
4765          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4766          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4767          * merge).
4768          */
4769         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4770
4771         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4772
4773         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4774                                 cmd_flags);
4775 }
4776
4777 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4778                                 struct list_head *list, bool at_head)
4779 {
4780         while (!list_empty(list)) {
4781                 struct request *rq;
4782
4783                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4784                 list_del_init(&rq->queuelist);
4785                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4786         }
4787 }
4788
4789 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4790 {
4791         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4792                                        bfqd->rq_in_driver);
4793
4794         if (bfqd->hw_tag == 1)
4795                 return;
4796
4797         /*
4798          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4799          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4800          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4801          * requests.
4802          */
4803         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4804                 return;
4805
4806         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4807                 return;
4808
4809         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4810         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4811         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4812 }
4813
4814 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4815 {
4816         u64 now_ns;
4817         u32 delta_us;
4818
4819         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4820
4821         bfqd->rq_in_driver--;
4822         bfqq->dispatched--;
4823
4824         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4825                 /*
4826                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4827                  * time at which the queue remains with no backlog and
4828                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4829                  * mechanism).
4830                  */
4831                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4832
4833                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4834         }
4835
4836         now_ns = ktime_get_ns();
4837
4838         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4839
4840         /*
4841          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4842          * computing rate in next check.
4843          */
4844         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4845
4846         /*
4847          * If the request took rather long to complete, and, according
4848          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4849          * implies that the request was certainly served at a very low
4850          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4851          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4852          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4853          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4854          * taken:
4855          * - close the observation interval at the last (previous)
4856          *   request dispatch or completion
4857          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4858          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4859          *   re-initialization of the observation interval on next
4860          *   dispatch
4861          */
4862         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4863            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4864                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4865                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4866         bfqd->last_completion = now_ns;
4867
4868         /*
4869          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4870          * of the task associated with the queue is actually
4871          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4872          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4873          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4874          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
4875          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
4876          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
4877          * expires, if it still has in-flight requests.
4878          */
4879         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4880             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4881             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
4882                 bfqq->soft_rt_next_start =
4883                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4884
4885         /*
4886          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4887          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4888          */
4889         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4890                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4891                         if (bfqq->dispatched == 0)
4892                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4893                         /*
4894                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4895                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4896                          * more requests (as controlled in the next
4897                          * conditional instructions). The reason for
4898                          * not expiring bfqq is as follows.
4899                          *
4900                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4901                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4902                          * implies that, even if no request arrives
4903                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4904                          * bfqq will, however, not be expired on the
4905                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4906                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4907                          * bfqq will start enjoying device idling
4908                          * (I/O-dispatch plugging).
4909                          *
4910                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4911                          * not have the chance to enjoy device idling
4912                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4913                          * zero. This would expose bfqq to violation
4914                          * of its reserved service guarantees.
4915                          */
4916                         return;
4917                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4918                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4919                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4920                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4921                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4922                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4923                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4924                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4925         }
4926
4927         if (!bfqd->rq_in_driver)
4928                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4929 }
4930
4931 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4932 {
4933         bfqq->allocated--;
4934
4935         bfq_put_queue(bfqq);
4936 }
4937
4938 /*
4939  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4940  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4941  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4942  * the scheduler.
4943  */
4944 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4945 {
4946         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4947         struct bfq_data *bfqd;
4948
4949         /*
4950          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4951          * checking whether the involved request is actually still
4952          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4953          * following two checks make this function exit in case of
4954          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4955          *
4956          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4957          */
4958         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4959                 return;
4960
4961         /*
4962          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4963          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4964          * a bfq_queue.
4965          */
4966         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4967                 return;
4968
4969         bfqd = bfqq->bfqd;
4970
4971         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4972                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4973                                              rq->start_time_ns,
4974                                              rq->io_start_time_ns,
4975                                              rq->cmd_flags);
4976
4977         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4978                 unsigned long flags;
4979
4980                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4981
4982                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4983                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4984
4985                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4986         } else {
4987                 /*
4988                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4989                  * in which case we need to remove it (this should
4990                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4991                  * defer such a check and removal, to avoid
4992                  * inconsistencies in the time interval from the end
4993                  * of this function to the start of the deferred work.
4994                  * This situation seems to occur only in process
4995                  * context, as a consequence of a merge. In the
4996                  * current version of the code, this implies that the
4997                  * lock is held.
4998                  */
4999
5000                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
5001                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5002                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5003                                                     rq->cmd_flags);
5004                 }
5005                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5006         }
5007
5008         /*
5009          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5010          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5011          * invoked again on this same request (see the check at the
5012          * beginning of the function). Probably, a better general
5013          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5014          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5015          * referred by that elevator.
5016          *
5017          * Resetting the following fields would break the
5018          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5019          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5020          * that re-insertions of requeued requests, without
5021          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5022          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5023          * queues).
5024          */
5025         rq->elv.priv[0] = NULL;
5026         rq->elv.priv[1] = NULL;
5027 }
5028
5029 /*
5030  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5031  * was the last process referring to that bfqq.
5032  */
5033 static struct bfq_queue *
5034 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5035 {
5036         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5037
5038         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5039                 bfqq->pid = current->pid;
5040                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5041                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5042                 return bfqq;
5043         }
5044
5045         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
5046
5047         bfq_put_cooperator(bfqq);
5048
5049         bfq_put_queue(bfqq);
5050         return NULL;
5051 }
5052
5053 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
5054                                                    struct bfq_io_cq *bic,
5055                                                    struct bio *bio,
5056                                                    bool split, bool is_sync,
5057                                                    bool *new_queue)
5058 {
5059         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5060
5061         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
5062                 return bfqq;
5063
5064         if (new_queue)
5065                 *new_queue = true;
5066
5067         if (bfqq)
5068                 bfq_put_queue(bfqq);
5069         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
5070
5071         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
5072         if (split && is_sync) {
5073                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
5074                     bic->saved_in_large_burst)
5075                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5076                 else {
5077                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5078                         if (bic->was_in_burst_list)
5079                                 /*
5080                                  * If bfqq was in the current
5081                                  * burst list before being
5082                                  * merged, then we have to add
5083                                  * it back. And we do not need
5084                                  * to increase burst_size, as
5085                                  * we did not decrement
5086                                  * burst_size when we removed
5087                                  * bfqq from the burst list as
5088                                  * a consequence of a merge
5089                                  * (see comments in
5090                                  * bfq_put_queue). In this
5091                                  * respect, it would be rather
5092                                  * costly to know whether the
5093                                  * current burst list is still
5094                                  * the same burst list from
5095                                  * which bfqq was removed on
5096                                  * the merge. To avoid this
5097                                  * cost, if bfqq was in a
5098                                  * burst list, then we add
5099                                  * bfqq to the current burst
5100                                  * list without any further
5101                                  * check. This can cause
5102                                  * inappropriate insertions,
5103                                  * but rarely enough to not
5104                                  * harm the detection of large
5105                                  * bursts significantly.
5106                                  */
5107                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5108                                                &bfqd->burst_list);
5109                 }
5110                 bfqq->split_time = jiffies;
5111         }
5112
5113         return bfqq;
5114 }
5115
5116 /*
5117  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5118  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5119  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5120  * preparation.
5121  */
5122 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5123 {
5124         /*
5125          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5126          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5127          * previously allocated bic/bfqq structs.
5128          */
5129         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5130 }
5131
5132 /*
5133  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5134  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5135  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5136  * not associated with any bfq_queue.
5137  *
5138  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5139  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5140  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5141  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5142  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5143  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5144  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5145  * signal this tranformation. As a consequence, should these
5146  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5147  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5148  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5149  * incremented some queue counters for an rq destined to
5150  * transformation, without any chance to correctly lower these
5151  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5152  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5153  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5154  */
5155 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5156 {
5157         struct request_queue *q = rq->q;
5158         struct bio *bio = rq->bio;
5159         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5160         struct bfq_io_cq *bic;
5161         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5162         struct bfq_queue *bfqq;
5163         bool new_queue = false;
5164         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5165
5166         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5167                 return NULL;
5168
5169         /*
5170          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5171          * for this rq. This holds true, because this function is
5172          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5173          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5174          * being removed from bfq.
5175          */
5176         if (rq->elv.priv[1])
5177                 return rq->elv.priv[1];
5178
5179         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5180
5181         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5182
5183         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5184
5185         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5186                                          &new_queue);
5187
5188         if (likely(!new_queue)) {
5189                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5190                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5191                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5192
5193                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5194                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5195                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5196
5197                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5198                         split = true;
5199
5200                         if (!bfqq)
5201                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5202                                                                  true, is_sync,
5203                                                                  NULL);
5204                         else
5205                                 bfqq_already_existing = true;
5206                 }
5207         }
5208
5209         bfqq->allocated++;
5210         bfqq->ref++;
5211         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5212                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5213
5214         rq->elv.priv[0] = bic;
5215         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5216
5217         /*
5218          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5219          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5220          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5221          * resume its state.
5222          */
5223         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5224                 bfqq->bic = bic;
5225                 if (split) {
5226                         /*
5227                          * The queue has just been split from a shared
5228                          * queue: restore the idle window and the
5229                          * possible weight raising period.
5230                          */
5231                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5232                                               bfqq_already_existing);
5233                 }
5234         }
5235
5236         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5237                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5238
5239         return bfqq;
5240 }
5241
5242 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
5243 {
5244         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5245         enum bfqq_expiration reason;
5246         unsigned long flags;
5247
5248         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5249         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5250
5251         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5252                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5253                 return;
5254         }
5255
5256         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5257                 /*
5258                  * Also here the queue can be safely expired
5259                  * for budget timeout without wasting
5260                  * guarantees
5261                  */
5262                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5263         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5264                 /*
5265                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5266                  * because we may not disable the timer when the
5267                  * first request of the in-service queue arrives
5268                  * during disk idling.
5269                  */
5270                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5271         else
5272                 goto schedule_dispatch;
5273
5274         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5275
5276 schedule_dispatch:
5277         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5278         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5279 }
5280
5281 /*
5282  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5283  * is idling inside its time slice.
5284  */
5285 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5286 {
5287         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5288                                              idle_slice_timer);
5289         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5290
5291         /*
5292          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5293          * different from the queue that was idling if a new request
5294          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5295          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5296          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5297          * early.
5298          */
5299         if (bfqq)
5300                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5301
5302         return HRTIMER_NORESTART;
5303 }
5304
5305 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5306                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5307 {
5308         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5309
5310         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5311         if (bfqq) {
5312                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5313
5314                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5315                              bfqq, bfqq->ref);
5316                 bfq_put_queue(bfqq);
5317                 *bfqq_ptr = NULL;
5318         }
5319 }
5320
5321 /*
5322  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5323  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5324  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5325  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5326  */
5327 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5328 {
5329         int i, j;
5330
5331         for (i = 0; i < 2; i++)
5332                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5333                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5334
5335         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5336 }
5337
5338 /*
5339  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5340  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5341  */
5342 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5343                                       struct sbitmap_queue *bt)
5344 {
5345         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5346
5347         /*
5348          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5349          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5350          *
5351          * In next formulas, right-shift the value
5352          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5353          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5354          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5355          * limit 'something'.
5356          */
5357         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5358         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5359         /*
5360          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5361          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5362          * writes)
5363          */
5364         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5365
5366         /*
5367          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5368          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5369          * highest percentage for which, in our tests, application
5370          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5371          * shortage.
5372          */
5373         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5374         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5375         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5376         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5377
5378         for (i = 0; i < 2; i++)
5379                 for (j = 0; j < 2; j++)
5380                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5381
5382         return min_shallow;
5383 }
5384
5385 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5386 {
5387         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5388         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5389         unsigned int min_shallow;
5390
5391         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5392         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5393         return 0;
5394 }
5395
5396 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5397 {
5398         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5399         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5400
5401         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5402
5403         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5404         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5405                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5406         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5407
5408         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5409
5410 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5411         /* release oom-queue reference to root group */
5412         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5413
5414         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5415 #else
5416         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5417         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5418         kfree(bfqd->root_group);
5419         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5420 #endif
5421
5422         kfree(bfqd);
5423 }
5424
5425 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5426                                 struct bfq_data *bfqd)
5427 {
5428         int i;
5429
5430 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5431         root_group->entity.parent = NULL;
5432         root_group->my_entity = NULL;
5433         root_group->bfqd = bfqd;
5434 #endif
5435         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5436         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5437                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5438         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5439 }
5440
5441 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5442 {
5443         struct bfq_data *bfqd;
5444         struct elevator_queue *eq;
5445
5446         eq = elevator_alloc(q, e);
5447         if (!eq)
5448                 return -ENOMEM;
5449
5450         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5451         if (!bfqd) {
5452                 kobject_put(&eq->kobj);
5453                 return -ENOMEM;
5454         }
5455         eq->elevator_data = bfqd;
5456
5457         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5458         q->elevator = eq;
5459         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5460
5461         /*
5462          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5463          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5464          * will not attempt to free it.
5465          */
5466         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5467         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5468         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5469         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5470         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5471                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5472
5473         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5474         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5475
5476         /*
5477          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5478          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5479          * class won't be changed any more.
5480          */
5481         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5482
5483         bfqd->queue = q;
5484
5485         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5486
5487         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5488                      HRTIMER_MODE_REL);
5489         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5490
5491         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5492         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
5493
5494         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5495         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5496         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5497
5498         bfqd->hw_tag = -1;
5499
5500         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5501
5502         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5503         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5504         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5505         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5506         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5507         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5508
5509         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5510
5511         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5512         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5513
5514         bfqd->low_latency = true;
5515
5516         /*
5517          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5518          */
5519         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5520         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5521         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5522         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5523         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5524         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5525                                               * Approximate rate required
5526                                               * to playback or record a
5527                                               * high-definition compressed
5528                                               * video.
5529                                               */
5530         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5531
5532         /*
5533          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5534          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5535          */
5536         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5537                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5538         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5539
5540         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5541
5542         /*
5543          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5544          * function is the head of a chain of function calls
5545          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5546          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5547          * has_work hook function. For this reason,
5548          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5549          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5550          * that can be initialized only after invoking
5551          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5552          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5553          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5554          * from invoking further scheduler hooks before this init
5555          * function is finished.
5556          */
5557         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5558         if (!bfqd->root_group)
5559                 goto out_free;
5560         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5561         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5562
5563         wbt_disable_default(q);
5564         return 0;
5565
5566 out_free:
5567         kfree(bfqd);
5568         kobject_put(&eq->kobj);
5569         return -ENOMEM;
5570 }
5571
5572 static void bfq_slab_kill(void)
5573 {
5574         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5575 }
5576
5577 static int __init bfq_slab_setup(void)
5578 {
5579         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5580         if (!bfq_pool)
5581                 return -ENOMEM;
5582         return 0;
5583 }
5584
5585 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5586 {
5587         return sprintf(page, "%u\n", var);
5588 }
5589
5590 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5591 {
5592         unsigned long new_val;
5593         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5594
5595         if (ret)
5596                 return ret;
5597         *var = new_val;
5598         return 0;
5599 }
5600
5601 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5602 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5603 {                                                                       \
5604         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5605         u64 __data = __VAR;                                             \
5606         if (__CONV == 1)                                                \
5607                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5608         else if (__CONV == 2)                                           \
5609                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5610         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5611 }
5612 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5613 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5614 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5615 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5616 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5617 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5618 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5619 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5620 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5621 #undef SHOW_FUNCTION
5622
5623 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5624 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5625 {                                                                       \
5626         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5627         u64 __data = __VAR;                                             \
5628         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5629         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5630 }
5631 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5632 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5633
5634 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5635 static ssize_t                                                          \
5636 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5637 {                                                                       \
5638         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5639         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5640         int ret;                                                        \
5641                                                                         \
5642         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5643         if (ret)                                                        \
5644                 return ret;                                             \
5645         if (__data < __min)                                             \
5646                 __data = __min;                                         \
5647         else if (__data > __max)                                        \
5648                 __data = __max;                                         \
5649         if (__CONV == 1)                                                \
5650                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5651         else if (__CONV == 2)                                           \
5652                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5653         else                                                            \
5654                 *(__PTR) = __data;                                      \
5655         return count;                                                   \
5656 }
5657 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5658                 INT_MAX, 2);
5659 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5660                 INT_MAX, 2);
5661 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5662 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5663                 INT_MAX, 0);
5664 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5665 #undef STORE_FUNCTION
5666
5667 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5668 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5669 {                                                                       \
5670         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5671         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5672         int ret;                                                        \
5673                                                                         \
5674         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5675         if (ret)                                                        \
5676                 return ret;                                             \
5677         if (__data < __min)                                             \
5678                 __data = __min;                                         \
5679         else if (__data > __max)                                        \
5680                 __data = __max;                                         \
5681         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5682         return count;                                                   \
5683 }
5684 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5685                     UINT_MAX);
5686 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5687
5688 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5689                                     const char *page, size_t count)
5690 {
5691         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5692         unsigned long __data;
5693         int ret;
5694
5695         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5696         if (ret)
5697                 return ret;
5698
5699         if (__data == 0)
5700                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5701         else {
5702                 if (__data > INT_MAX)
5703                         __data = INT_MAX;
5704                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5705         }
5706
5707         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5708
5709         return count;
5710 }
5711
5712 /*
5713  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5714  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5715  */
5716 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5717                                       const char *page, size_t count)
5718 {
5719         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5720         unsigned long __data;
5721         int ret;
5722
5723         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5724         if (ret)
5725                 return ret;
5726
5727         if (__data < 1)
5728                 __data = 1;
5729         else if (__data > INT_MAX)
5730                 __data = INT_MAX;
5731
5732         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5733         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5734                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5735
5736         return count;
5737 }
5738
5739 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5740                                      const char *page, size_t count)
5741 {
5742         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5743         unsigned long __data;
5744         int ret;
5745
5746         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5747         if (ret)
5748                 return ret;
5749
5750         if (__data > 1)
5751                 __data = 1;
5752         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5753             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5754                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5755
5756         bfqd->strict_guarantees = __data;
5757
5758         return count;
5759 }
5760
5761 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5762                                      const char *page, size_t count)
5763 {
5764         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5765         unsigned long __data;
5766         int ret;
5767
5768         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5769         if (ret)
5770                 return ret;
5771
5772         if (__data > 1)
5773                 __data = 1;
5774         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5775                 bfq_end_wr(bfqd);
5776         bfqd->low_latency = __data;
5777
5778         return count;
5779 }
5780
5781 #define BFQ_ATTR(name) \
5782         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5783
5784 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5785         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5786         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5787         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5788         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5789         BFQ_ATTR(slice_idle),
5790         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5791         BFQ_ATTR(max_budget),
5792         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5793         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5794         BFQ_ATTR(low_latency),
5795         __ATTR_NULL
5796 };
5797
5798 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5799         .ops = {
5800                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5801                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5802                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5803                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5804                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5805                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5806                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5807                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5808                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5809                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5810                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5811                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5812                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5813                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5814                 .has_work               = bfq_has_work,
5815                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5816                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5817                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5818         },
5819
5820         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5821         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5822         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5823         .elevator_name =        "bfq",
5824         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5825 };
5826 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5827
5828 static int __init bfq_init(void)
5829 {
5830         int ret;
5831
5832 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5833         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5834         if (ret)
5835                 return ret;
5836 #endif
5837
5838         ret = -ENOMEM;
5839         if (bfq_slab_setup())
5840                 goto err_pol_unreg;
5841
5842         /*
5843          * Times to load large popular applications for the typical
5844          * systems installed on the reference devices (see the
5845          * comments before the definition of the next
5846          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5847          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5848          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5849          * are computed over much shorter time intervals than the long
5850          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5851          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5852          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5853          * be run for a long time.
5854          */
5855         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5856         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5857
5858         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5859         if (ret)
5860                 goto slab_kill;
5861
5862         return 0;
5863
5864 slab_kill:
5865         bfq_slab_kill();
5866 err_pol_unreg:
5867 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5868         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5869 #endif
5870         return ret;
5871 }
5872
5873 static void __exit bfq_exit(void)
5874 {
5875         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5876 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5877         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5878 #endif
5879         bfq_slab_kill();
5880 }
5881
5882 module_init(bfq_init);
5883 module_exit(bfq_exit);
5884
5885 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5886 MODULE_LICENSE("GPL");
5887 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");