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