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