ARC: asm-offsets: remove duplicate entry
[linux-2.6-microblaze.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126
127 #include "blk.h"
128 #include "blk-mq.h"
129 #include "blk-mq-tag.h"
130 #include "blk-mq-sched.h"
131 #include "bfq-iosched.h"
132 #include "blk-wbt.h"
133
134 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
135 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
136 {                                                                       \
137         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
138 }                                                                       \
139 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
140 {                                                                       \
141         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
142 }                                                                       \
143 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
144 {                                                                       \
145         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
146 }
147
148 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
149 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
150 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
151 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
152 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
153 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
154 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
155 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
156 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
157 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
158 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
159 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
160 BFQ_BFQQ_FNS(has_waker);
161 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
162
163 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
164 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
165
166 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
167 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
168
169 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
170 static const int bfq_back_penalty = 2;
171
172 /* Idling period duration, in ns. */
173 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
174
175 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
176 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
177
178 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
179 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
180
181 /*
182  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
183  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
184  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
185  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
186  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
187  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
188  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
189  * writes to steal I/O throughput to reads.
190  *
191  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
192  * several hardware and software configurations. We tried to find the
193  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
194  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
195  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
196  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
197  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
198  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
199  */
200 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
201
202 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
203 const int bfq_timeout = HZ / 8;
204
205 /*
206  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
207  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
208  * removing false positives, while not causing true positives to miss
209  * queue merging.
210  *
211  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
212  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
213  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
214  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
215  * little chance to find cooperators.
216  */
217 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
218
219 static struct kmem_cache *bfq_pool;
220
221 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
222 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
223
224 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
225 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
226 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
227
228 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
229 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
230 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
231         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
232          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
233          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
234           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
235 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
236 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
237 /*
238  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
239  * because it is characterized by limited throughput and apparently
240  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
241  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
242  * as soft real-time.
243  */
244 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
245
246 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
247 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
248 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
249 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
250 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
252
253 /*
254  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
255  * With
256  * - the current shift: 16 positions
257  * - the current type used to store rate: u32
258  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
259  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
260  * the range of rates that can be stored is
261  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
262  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
263  * [15, 65G] sectors/sec
264  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
265  * [7.5K, 33T] B/sec
266  */
267 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
268
269 /*
270  * When configured for computing the duration of the weight-raising
271  * for interactive queues automatically (see the comments at the
272  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
273  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
274  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
275  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
276  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
277  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
278  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
279  * applications on the reference device (see the comments on
280  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
281  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
282  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
283  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
284  * weight raising to interactive applications.
285  *
286  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
287  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
288  *
289  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
290  * are the reference values for a rotational device, whereas
291  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
292  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
293  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
294  * values. The reason for using slightly lower values is that the
295  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
296  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
297  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
298  * I/O).
299  *
300  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
301  * by BFQ_RATE_SHIFT.
302  */
303 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
304 /*
305  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
306  * the following array, which entails that the array can be
307  * initialized only in a function.
308  */
309 static int ref_wr_duration[2];
310
311 /*
312  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
313  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
314  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
315  * doing I/O for much longer than the duration of weight
316  * raising. These applications have basically no benefit from being
317  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
318  * while being weight-raised, these applications
319  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
320  * low latency;
321  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
322  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
323  * increase latencies when used purposelessly.
324  *
325  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
326  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
327  * finish explaining how the duration of weight-raising for
328  * interactive tasks is computed.
329  *
330  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
331  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
332  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
333  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
334  * largest task, we mean the task for which each involved process has
335  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
336  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
337  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
338  * sectors transferred.
339  *
340  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
341  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
342  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
343  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
344  * processes of these applications usually consume the above 110K
345  * sectors in much less time than the processes of an application that
346  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
347  * almost all their CPU cycles only to their target,
348  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
349  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
350  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
351  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
352  * have no right to be weight-raised any longer.
353  *
354  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
355  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
356  * service at least equal to the following constant. The constant is
357  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
358  *
359  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
360  * during which interactive false positives cause the two problems
361  * described at the beginning of these comments.
362  */
363 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
364
365 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
366 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
367
368 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
369 {
370         return bic->bfqq[is_sync];
371 }
372
373 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
374 {
375         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
376 }
377
378 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
379 {
380         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
381 }
382
383 /**
384  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
385  * @icq: the iocontext queue.
386  */
387 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
388 {
389         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
390         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
391 }
392
393 /**
394  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
395  * @bfqd: the lookup key.
396  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
397  * @q: the request queue.
398  */
399 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
400                                         struct io_context *ioc,
401                                         struct request_queue *q)
402 {
403         if (ioc) {
404                 unsigned long flags;
405                 struct bfq_io_cq *icq;
406
407                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
408                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
409                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
410
411                 return icq;
412         }
413
414         return NULL;
415 }
416
417 /*
418  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
419  * driver that will restart queueing.
420  */
421 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
422 {
423         if (bfqd->queued != 0) {
424                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
425                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
426         }
427 }
428
429 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
430 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
431
432 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
433
434 /*
435  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
436  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
437  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
438  */
439 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
440                                       struct request *rq1,
441                                       struct request *rq2,
442                                       sector_t last)
443 {
444         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
445         unsigned long back_max;
446 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
447 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
448         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
449
450         if (!rq1 || rq1 == rq2)
451                 return rq2;
452         if (!rq2)
453                 return rq1;
454
455         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
456                 return rq1;
457         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
458                 return rq2;
459         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
460                 return rq1;
461         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
462                 return rq2;
463
464         s1 = blk_rq_pos(rq1);
465         s2 = blk_rq_pos(rq2);
466
467         /*
468          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
469          */
470         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
471
472         /*
473          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
474          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
475          * similar forward seek.
476          */
477         if (s1 >= last)
478                 d1 = s1 - last;
479         else if (s1 + back_max >= last)
480                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
481         else
482                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
483
484         if (s2 >= last)
485                 d2 = s2 - last;
486         else if (s2 + back_max >= last)
487                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
488         else
489                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
490
491         /* Found required data */
492
493         /*
494          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
495          * check two variables for all permutations: --> faster!
496          */
497         switch (wrap) {
498         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
499                 if (d1 < d2)
500                         return rq1;
501                 else if (d2 < d1)
502                         return rq2;
503
504                 if (s1 >= s2)
505                         return rq1;
506                 else
507                         return rq2;
508
509         case BFQ_RQ2_WRAP:
510                 return rq1;
511         case BFQ_RQ1_WRAP:
512                 return rq2;
513         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
514         default:
515                 /*
516                  * Since both rqs are wrapped,
517                  * start with the one that's further behind head
518                  * (--> only *one* back seek required),
519                  * since back seek takes more time than forward.
520                  */
521                 if (s1 <= s2)
522                         return rq1;
523                 else
524                         return rq2;
525         }
526 }
527
528 /*
529  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
530  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
531  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
532  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
533  * problems.
534  */
535 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
536 {
537         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
538
539         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
540                 return;
541
542         data->shallow_depth =
543                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
544
545         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
546                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
547                         data->shallow_depth);
548 }
549
550 static struct bfq_queue *
551 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
552                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
553                      struct rb_node ***rb_link)
554 {
555         struct rb_node **p, *parent;
556         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
557
558         parent = NULL;
559         p = &root->rb_node;
560         while (*p) {
561                 struct rb_node **n;
562
563                 parent = *p;
564                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
565
566                 /*
567                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
568                  * largest to the right.
569                  */
570                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
571                         n = &(*p)->rb_right;
572                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
573                         n = &(*p)->rb_left;
574                 else
575                         break;
576                 p = n;
577                 bfqq = NULL;
578         }
579
580         *ret_parent = parent;
581         if (rb_link)
582                 *rb_link = p;
583
584         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
585                 (unsigned long long)sector,
586                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
587
588         return bfqq;
589 }
590
591 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
592 {
593         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
594                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
595                                        bfq_merge_time_limit);
596 }
597
598 /*
599  * The following function is not marked as __cold because it is
600  * actually cold, but for the same performance goal described in the
601  * comments on the likely() at the beginning of
602  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
603  * execution time for the case where this function is not invoked, we
604  * had to add an unlikely() in each involved if().
605  */
606 void __cold
607 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
608 {
609         struct rb_node **p, *parent;
610         struct bfq_queue *__bfqq;
611
612         if (bfqq->pos_root) {
613                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
614                 bfqq->pos_root = NULL;
615         }
616
617         /*
618          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
619          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
620          * position tree.
621          */
622         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
623                 return;
624
625         if (bfq_class_idle(bfqq))
626                 return;
627         if (!bfqq->next_rq)
628                 return;
629
630         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
631         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
632                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
633         if (!__bfqq) {
634                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
635                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
636         } else
637                 bfqq->pos_root = NULL;
638 }
639
640 /*
641  * The following function returns false either if every active queue
642  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
643  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
644  * throughput lower than or equal to the share that every other active
645  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
646  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
647  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
648  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
649  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
650  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
651  * be avoided.
652  *
653  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
654  * 1) all active queues have the same weight,
655  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
656  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
657  *    weight,
658  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
659  *    number of children.
660  *
661  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
662  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
663  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
664  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
665  * much easier to maintain the needed state:
666  * 1) all active queues have the same weight,
667  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
668  * 3) there are no active groups.
669  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
670  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
671  * needs to be maintained in this case.
672  */
673 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
674                                    struct bfq_queue *bfqq)
675 {
676         bool smallest_weight = bfqq &&
677                 bfqq->weight_counter &&
678                 bfqq->weight_counter ==
679                 container_of(
680                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
681                         struct bfq_weight_counter,
682                         weights_node);
683
684         /*
685          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
686          * at least two nodes.
687          */
688         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
689                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
690                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
691                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
692
693         bool multiple_classes_busy =
694                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
695                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
696                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
697
698         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
699 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
700                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
701 #endif
702                 ;
703 }
704
705 /*
706  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
707  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
708  * increment the existing counter.
709  *
710  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
711  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
712  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
713  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
714  * are not inserted in the tree.
715  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
716  * should be low too.
717  */
718 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
719                           struct rb_root_cached *root)
720 {
721         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
722         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
723         bool leftmost = true;
724
725         /*
726          * Do not insert if the queue is already associated with a
727          * counter, which happens if:
728          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
729          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
730          *      backlogged; in this respect, each of the two events
731          *      causes an invocation of this function,
732          *   2) this is the invocation of this function caused by the
733          *      second event. This second invocation is actually useless,
734          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
735          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
736          */
737         if (bfqq->weight_counter)
738                 return;
739
740         while (*new) {
741                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
742                                                 struct bfq_weight_counter,
743                                                 weights_node);
744                 parent = *new;
745
746                 if (entity->weight == __counter->weight) {
747                         bfqq->weight_counter = __counter;
748                         goto inc_counter;
749                 }
750                 if (entity->weight < __counter->weight)
751                         new = &((*new)->rb_left);
752                 else {
753                         new = &((*new)->rb_right);
754                         leftmost = false;
755                 }
756         }
757
758         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
759                                        GFP_ATOMIC);
760
761         /*
762          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
763          * exit. This will cause the weight of queue to not be
764          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
765          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
766          * bfqq's weight would have been the only weight making the
767          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
768          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
769          * invocation of this function is triggered by an activation
770          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
771          * if !bfqq->weight_counter.
772          */
773         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
774                 return;
775
776         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
777         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
778         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
779                                 leftmost);
780
781 inc_counter:
782         bfqq->weight_counter->num_active++;
783         bfqq->ref++;
784 }
785
786 /*
787  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
788  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
789  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
790  * about overhead.
791  */
792 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
793                                struct bfq_queue *bfqq,
794                                struct rb_root_cached *root)
795 {
796         if (!bfqq->weight_counter)
797                 return;
798
799         bfqq->weight_counter->num_active--;
800         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
801                 goto reset_entity_pointer;
802
803         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
804         kfree(bfqq->weight_counter);
805
806 reset_entity_pointer:
807         bfqq->weight_counter = NULL;
808         bfq_put_queue(bfqq);
809 }
810
811 /*
812  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
813  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
814  */
815 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
816                              struct bfq_queue *bfqq)
817 {
818         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
819
820         for_each_entity(entity) {
821                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
822
823                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
824                         /*
825                          * entity is still active, because either
826                          * next_in_service or in_service_entity is not
827                          * NULL (see the comments on the definition of
828                          * next_in_service for details on why
829                          * in_service_entity must be checked too).
830                          *
831                          * As a consequence, its parent entities are
832                          * active as well, and thus this loop must
833                          * stop here.
834                          */
835                         break;
836                 }
837
838                 /*
839                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
840                  * not performed immediately upon the deactivation of
841                  * entity, but it is delayed to when it also happens
842                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
843                  * all its pending requests completed. The following
844                  * instructions perform this delayed decrement, if
845                  * needed. See the comments on
846                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
847                  */
848                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
849                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
850                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
851                 }
852         }
853
854         /*
855          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
856          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
857          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
858          * function invocation.
859          */
860         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
861                                   &bfqd->queue_weights_tree);
862 }
863
864 /*
865  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
866  */
867 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
868                                       struct request *last)
869 {
870         struct request *rq;
871
872         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
873                 return NULL;
874
875         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
876
877         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
878
879         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
880                 return NULL;
881
882         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
883         return rq;
884 }
885
886 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
887                                         struct bfq_queue *bfqq,
888                                         struct request *last)
889 {
890         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
891         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
892         struct request *next, *prev = NULL;
893
894         /* Follow expired path, else get first next available. */
895         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
896         if (next)
897                 return next;
898
899         if (rbprev)
900                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
901
902         if (rbnext)
903                 next = rb_entry_rq(rbnext);
904         else {
905                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
906                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
907                         next = rb_entry_rq(rbnext);
908         }
909
910         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
911 }
912
913 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
914 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
915                                         struct bfq_queue *bfqq)
916 {
917         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
918             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
919                 return blk_rq_sectors(rq);
920
921         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
922 }
923
924 /**
925  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
926  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
927  * @bfqq: the queue to update.
928  *
929  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
930  * has enough budget to serve at least its first request (if the
931  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
932  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
933  * rounds to actually get it dispatched.
934  */
935 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
936                                  struct bfq_queue *bfqq)
937 {
938         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
939         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
940         unsigned long new_budget;
941
942         if (!next_rq)
943                 return;
944
945         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
946                 /*
947                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
948                  * changed after an entity has been selected.
949                  */
950                 return;
951
952         new_budget = max_t(unsigned long,
953                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
954                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
955                            entity->service);
956         if (entity->budget != new_budget) {
957                 entity->budget = new_budget;
958                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
959                                          new_budget);
960                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
961         }
962 }
963
964 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
965 {
966         u64 dur;
967
968         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
969                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
970
971         dur = bfqd->rate_dur_prod;
972         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
973
974         /*
975          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
976          * has been conservatively set after the following worst case:
977          * on a QEMU/KVM virtual machine
978          * - running in a slow PC
979          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
980          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
981          *   of several files
982          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
983          *
984          * As for higher values than that accommodating the above bad
985          * scenario, tests show that higher values would often yield
986          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
987          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
988          * preserve weight raising for too long.
989          *
990          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
991          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
992          * before weight-raising finishes.
993          */
994         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
995 }
996
997 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
998 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
999                                           struct bfq_data *bfqd)
1000 {
1001         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1002         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1003         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1004 }
1005
1006 static void
1007 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1008                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1009 {
1010         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1011         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1012
1013         if (bic->saved_has_short_ttime)
1014                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1015         else
1016                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1017
1018         if (bic->saved_IO_bound)
1019                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1020         else
1021                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1022
1023         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1024         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1025         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1026         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1027         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1028         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1029
1030         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1031             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1032                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1033                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1034                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1035                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1036                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1037                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1038                 } else {
1039                         bfqq->wr_coeff = 1;
1040                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1041                                      "resume state: switching off wr");
1042                 }
1043         }
1044
1045         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1046         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1047
1048         if (likely(!busy))
1049                 return;
1050
1051         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1052                 bfqd->wr_busy_queues++;
1053         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1054                 bfqd->wr_busy_queues--;
1055 }
1056
1057 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1058 {
1059         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st -
1060                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1061 }
1062
1063 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1064 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1065 {
1066         struct bfq_queue *item;
1067         struct hlist_node *n;
1068
1069         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1070                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1071
1072         /*
1073          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1074          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1075          * bfq_handle_burst().
1076          */
1077         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1078                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1079                 bfqd->burst_size = 1;
1080         } else
1081                 bfqd->burst_size = 0;
1082
1083         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1084 }
1085
1086 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1087 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1088 {
1089         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1090         bfqd->burst_size++;
1091
1092         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1093                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1094                 struct hlist_node *n;
1095
1096                 /*
1097                  * Enough queues have been activated shortly after each
1098                  * other to consider this burst as large.
1099                  */
1100                 bfqd->large_burst = true;
1101
1102                 /*
1103                  * We can now mark all queues in the burst list as
1104                  * belonging to a large burst.
1105                  */
1106                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1107                                      burst_list_node)
1108                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1109                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1110
1111                 /*
1112                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1113                  * new queue being activated shortly after the last queue
1114                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1115                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1116                  * needed any more. Remove it.
1117                  */
1118                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1119                                           burst_list_node)
1120                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1121         } else /*
1122                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1123                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1124                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1125                 * in put_queue.
1126                 */
1127                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1128 }
1129
1130 /*
1131  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1132  * shortly after each other, then the processes associated with these
1133  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1134  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1135  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1136  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1137  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1138  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1139  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1140  *
1141  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1142  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1143  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1144  * treated in a different way.
1145  *
1146  * The above services or applications benefit mostly from a high
1147  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1148  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1149  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1150  * which also implies idling the device for it, is almost always
1151  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1152  * these new queues from. If there no other active queues, then
1153  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1154  * cases.
1155  *
1156  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1157  * the start of an application that does not consist of a lot of
1158  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1159  * several short processes may need to be executed to start-up the
1160  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1161  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1162  * related to the application with respect to all other
1163  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1164  * an application that causes a burst of queue creations is to
1165  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1166  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1167  *
1168  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1169  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1170  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1171  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1172  * larger size than that threshold are apparently caused by
1173  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1174  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1175  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1176  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1177  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1178  * exact choice depends on the device and request pattern at
1179  * hand.
1180  *
1181  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1182  * is starting (e.g., an application is being started). The
1183  * consequence is that the queues associated with the task do not
1184  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1185  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1186  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1187  *
1188  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1189  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1190  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1191  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1192  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1193  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1194  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1195  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1196  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1197  * large. The main steps are the following.
1198  *
1199  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1200  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1201  *
1202  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1203  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1204  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1205  *   Q to the burst list
1206  *
1207  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1208  *   the large-burst threshold, then
1209  *
1210  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1211  *       large burst
1212  *
1213  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1214  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1215  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1216  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1217  *
1218  *     . the device enters a large-burst mode
1219  *
1220  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1221  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1222  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1223  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1224  *   as belonging to a large burst.
1225  *
1226  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1227  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1228  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1229  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1230  *
1231  *        . the large-burst mode is reset if set
1232  *
1233  *        . the burst list is emptied
1234  *
1235  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1236  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1237  *          after this step).
1238  */
1239 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1240 {
1241         /*
1242          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1243          * burst, or finally has just been split, then there is
1244          * nothing else to do.
1245          */
1246         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1247             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1248             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1249                                      msecs_to_jiffies(10)))
1250                 return;
1251
1252         /*
1253          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1254          * a different group than the burst group, then the current
1255          * burst is finished, and related data structures must be
1256          * reset.
1257          *
1258          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1259          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1260          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1261          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1262          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1263          * following condition is true, bfqq will end up being
1264          * inserted into the burst list. In particular the list will
1265          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1266          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1267          * burst.
1268          */
1269         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1270             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1271             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1272                 bfqd->large_burst = false;
1273                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1274                 goto end;
1275         }
1276
1277         /*
1278          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1279          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1280          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1281          */
1282         if (bfqd->large_burst) {
1283                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1284                 goto end;
1285         }
1286
1287         /*
1288          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1289          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1290          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1291          */
1292         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1293 end:
1294         /*
1295          * At this point, bfqq either has been added to the current
1296          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1297          * possible new burst to start. In particular, in the second
1298          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1299          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1300          * forward.
1301          */
1302         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1303 }
1304
1305 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1306 {
1307         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1308
1309         return entity->budget - entity->service;
1310 }
1311
1312 /*
1313  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1314  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1315  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1316  */
1317 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1318 {
1319         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1320                 return bfq_default_max_budget;
1321         else
1322                 return bfqd->bfq_max_budget;
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1327  * max budget (trying with 1/32)
1328  */
1329 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1330 {
1331         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1332                 return bfq_default_max_budget / 32;
1333         else
1334                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1335 }
1336
1337 /*
1338  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1339  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1340  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1341  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1342  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1343  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1344  * goals below.
1345  *
1346  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1347  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1348  * expired for one of the following two reasons:
1349  *
1350  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1351  *   and did not make it to issue a new request before its last
1352  *   request was served;
1353  *
1354  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1355  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1356  *
1357  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1358  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1359  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1360  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1361  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1362  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1363  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1364  * one full budget of another queue before being served again, then
1365  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1366  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1367  * to be taken.
1368  *
1369  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1370  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1371  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1372  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1373  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1374  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1375  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1376  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1377  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1378  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1379  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1380  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1381  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1382  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1383  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1384  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1385  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1386  * on this tricky aspect).
1387  *
1388  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1389  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1390  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1391  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1392  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1393  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1394  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1395  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1396  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1397  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1398  * causing a little loss of bandwidth.
1399  *
1400  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1401  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1402  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1403  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1404  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1405  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1406  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1407  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1408  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1409  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1410  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1411  * __bfq_activate_entity.
1412  *
1413  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1414  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1415  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1416  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1417  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1418  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1419  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1420  * outstanding requests mentioned above.
1421  *
1422  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1423  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1424  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1425  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1426  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1427  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1428  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1429  * know whether preemption is needed without needing to update service
1430  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1431  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1432  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1433  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1434  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1435  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1436  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1437  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1438  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1439  * responsibility of handling the above case 2.
1440  */
1441 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1442                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1443                                                 bool arrived_in_time)
1444 {
1445         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1446
1447         /*
1448          * In the next compound condition, we check also whether there
1449          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1450          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1451          * would be expired immediately after being selected for
1452          * service. This would only cause useless overhead.
1453          */
1454         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1455             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1456                 /*
1457                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1458                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1459                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1460                  * cleared right after).
1461                  */
1462
1463                 /*
1464                  * In next assignment we rely on that either
1465                  * entity->service or entity->budget are not updated
1466                  * on expiration if bfqq is empty (see
1467                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1468                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1469                  * following statement therefore assigns to
1470                  * entity->budget the remaining budget on such an
1471                  * expiration.
1472                  */
1473                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1474                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1475                                        bfqq->max_budget);
1476
1477                 /*
1478                  * At this point, we have used entity->service to get
1479                  * the budget left (needed for updating
1480                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1481                  * reset entity->service. The latter must be reset
1482                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1483                  * the service it has received during its previous
1484                  * service slot(s).
1485                  */
1486                 entity->service = 0;
1487
1488                 return true;
1489         }
1490
1491         /*
1492          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1493          */
1494         entity->service = 0;
1495         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1496                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1497         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1498         return false;
1499 }
1500
1501 /*
1502  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1503  * macros.
1504  */
1505 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1506 {
1507         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1508 }
1509
1510 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1511                                              struct bfq_queue *bfqq,
1512                                              unsigned int old_wr_coeff,
1513                                              bool wr_or_deserves_wr,
1514                                              bool interactive,
1515                                              bool in_burst,
1516                                              bool soft_rt)
1517 {
1518         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1519                 /* start a weight-raising period */
1520                 if (interactive) {
1521                         bfqq->service_from_wr = 0;
1522                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1523                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1524                 } else {
1525                         /*
1526                          * No interactive weight raising in progress
1527                          * here: assign minus infinity to
1528                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1529                          * that, at the end of the soft-real-time
1530                          * weight raising periods that is starting
1531                          * now, no interactive weight-raising period
1532                          * may be wrongly considered as still in
1533                          * progress (and thus actually started by
1534                          * mistake).
1535                          */
1536                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1537                                 bfq_smallest_from_now();
1538                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1539                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1540                         bfqq->wr_cur_max_time =
1541                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1542                 }
1543
1544                 /*
1545                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1546                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1547                  * scheduling-error component due to a too large
1548                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1549                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1550                  * too small budget either, to avoid increasing
1551                  * latency by causing too frequent expirations.
1552                  */
1553                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1554                                             bfqq->entity.budget,
1555                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1556         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1557                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1558                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1559                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1560                 } else if (in_burst)
1561                         bfqq->wr_coeff = 1;
1562                 else if (soft_rt) {
1563                         /*
1564                          * The application is now or still meeting the
1565                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1566                          * can then correctly and safely (re)charge
1567                          * the weight-raising duration for the
1568                          * application with the weight-raising
1569                          * duration for soft rt applications.
1570                          *
1571                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1572                          * before the weight-raising period for the
1573                          * application finishes, reduces the probability
1574                          * of the following negative scenario:
1575                          * 1) the weight of a soft rt application is
1576                          *    raised at startup (as for any newly
1577                          *    created application),
1578                          * 2) since the application is not interactive,
1579                          *    at a certain time weight-raising is
1580                          *    stopped for the application,
1581                          * 3) at that time the application happens to
1582                          *    still have pending requests, and hence
1583                          *    is destined to not have a chance to be
1584                          *    deemed soft rt before these requests are
1585                          *    completed (see the comments to the
1586                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1587                          *    for details on soft rt detection),
1588                          * 4) these pending requests experience a high
1589                          *    latency because the application is not
1590                          *    weight-raised while they are pending.
1591                          */
1592                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1593                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1594                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1595                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1596
1597                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1598                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1599                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1600                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1601                         }
1602                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1603                 }
1604         }
1605 }
1606
1607 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1608                                         struct bfq_queue *bfqq)
1609 {
1610         return bfqq->dispatched == 0 &&
1611                 time_is_before_jiffies(
1612                         bfqq->budget_timeout +
1613                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1614 }
1615
1616
1617 /*
1618  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1619  * weight than the in-service queue.
1620  */
1621 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1622                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1623 {
1624         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1625
1626         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1627                 return true;
1628
1629         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1630                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1631                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1632         } else {
1633                 if (bfqq->entity.parent)
1634                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1635                 else
1636                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1637                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1638                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1639                 else
1640                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1641         }
1642
1643         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1644 }
1645
1646 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1647                                              struct bfq_queue *bfqq,
1648                                              int old_wr_coeff,
1649                                              struct request *rq,
1650                                              bool *interactive)
1651 {
1652         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1653                 bfqq_wants_to_preempt,
1654                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1655                 /*
1656                  * See the comments on
1657                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1658                  * details on the usage of the next variable.
1659                  */
1660                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1661                         bfqq->ttime.last_end_request +
1662                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1663
1664
1665         /*
1666          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1667          * - it is sync,
1668          * - it does not belong to a large burst,
1669          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1670          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1671          */
1672         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1673         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1674                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1675                 !in_burst &&
1676                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1677                 bfqq->dispatched == 0;
1678         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1679         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1680                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1681                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1682                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1683
1684         /*
1685          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1686          * may want to preempt the in-service queue.
1687          */
1688         bfqq_wants_to_preempt =
1689                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1690                                                     arrived_in_time);
1691
1692         /*
1693          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1694          * idle for much more than an interactive queue, then we
1695          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1696          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1697          * to be treated as a queue belonging to a burst
1698          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1699          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1700          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1701          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1702          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1703          * a burst.
1704          */
1705         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1706             idle_for_long_time &&
1707             time_is_before_jiffies(
1708                     bfqq->budget_timeout +
1709                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1710                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1711                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1712         }
1713
1714         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1715
1716
1717         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1718                 if (arrived_in_time) {
1719                         bfqq->requests_within_timer++;
1720                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1721                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1722                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1723                 } else
1724                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1725         }
1726
1727         if (bfqd->low_latency) {
1728                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1729                         /* wraparound */
1730                         bfqq->split_time =
1731                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1732
1733                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1734                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1735                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1736                                                          old_wr_coeff,
1737                                                          wr_or_deserves_wr,
1738                                                          *interactive,
1739                                                          in_burst,
1740                                                          soft_rt);
1741
1742                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1743                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1744                 }
1745         }
1746
1747         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1748         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1749         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1750
1751         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1752
1753         /*
1754          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1755          * for guarantees. In particular, we care only about two
1756          * cases. The first is that bfqq has to recover a service
1757          * hole, as explained in the comments on
1758          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1759          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1760          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1761          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1762          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1763          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1764          * critical, as the in-service queue.
1765          *
1766          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1767          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1768          * condition does not hold, we don't care because, even if
1769          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1770          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1771          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1772          *
1773          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1774          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1775          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1776          * useless preemptions, the return value of
1777          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1778          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1779          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1780          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1781          * timestamps of the in-service queue would need to be
1782          * updated, and this operation is quite costly (see the
1783          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1784          */
1785         if (bfqd->in_service_queue &&
1786             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1787               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1788              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue)) &&
1789             next_queue_may_preempt(bfqd))
1790                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1791                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1792 }
1793
1794 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1795                                    struct bfq_queue *bfqq)
1796 {
1797         /* invalidate baseline total service time */
1798         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1799
1800         /*
1801          * Reset pointer in case we are waiting for
1802          * some request completion.
1803          */
1804         bfqd->waited_rq = NULL;
1805
1806         /*
1807          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1808          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1809          * an injected I/O request may be higher than the think time
1810          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1811          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1812          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1813          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1814          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1815          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1816          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1817          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1818          * expired. This is the very pattern that gives the
1819          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1820          * injection on request service times, and then to update the
1821          * limit accordingly.
1822          *
1823          * However, in the following special case, the inject limit is
1824          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1825          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1826          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1827          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1828          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1829          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1830          * throughput, as explained in detail in the comments in
1831          * bfq_update_has_short_ttime().
1832          *
1833          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1834          * start directly by 1, because:
1835          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1836          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1837          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1838          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1839          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1840          * expire before getting its next request. With this request
1841          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1842          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1843          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1844          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1845          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1846          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1847          * further reduces chances to actually compute the baseline
1848          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1849          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1850          * than 1.
1851          */
1852         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1853                 bfqq->inject_limit = 0;
1854         else
1855                 bfqq->inject_limit = 1;
1856
1857         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1858 }
1859
1860 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1861 {
1862         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1863         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1864         struct request *next_rq, *prev;
1865         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1866         bool interactive = false;
1867
1868         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1869         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1870         bfqd->queued++;
1871
1872         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
1873                 /*
1874                  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with
1875                  * that of some other queue, i.e., whether bfqq, after
1876                  * remaining empty, happens to receive new I/O only
1877                  * right after some I/O request of the other queue has
1878                  * been completed. We call waker queue the other
1879                  * queue, and we assume, for simplicity, that bfqq may
1880                  * have at most one waker queue.
1881                  *
1882                  * A remarkable throughput boost can be reached by
1883                  * unconditionally injecting the I/O of the waker
1884                  * queue, every time a new bfq_dispatch_request
1885                  * happens to be invoked while I/O is being plugged
1886                  * for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1887                  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth
1888                  * and latency for bfqq. Note that these same results
1889                  * may be achieved with the general injection
1890                  * mechanism, but less effectively. For details on
1891                  * this aspect, see the comments on the choice of the
1892                  * queue for injection in bfq_select_queue().
1893                  *
1894                  * Turning back to the detection of a waker queue, a
1895                  * queue Q is deemed as a waker queue for bfqq if, for
1896                  * two consecutive times, bfqq happens to become non
1897                  * empty right after a request of Q has been
1898                  * completed. In particular, on the first time, Q is
1899                  * tentatively set as a candidate waker queue, while
1900                  * on the second time, the flag
1901                  * bfq_bfqq_has_waker(bfqq) is set to confirm that Q
1902                  * is a waker queue for bfqq. These detection steps
1903                  * are performed only if bfqq has a long think time,
1904                  * so as to make it more likely that bfqq's I/O is
1905                  * actually being blocked by a synchronization. This
1906                  * last filter, plus the above two-times requirement,
1907                  * make false positives less likely.
1908                  *
1909                  * NOTE
1910                  *
1911                  * The sooner a waker queue is detected, the sooner
1912                  * throughput can be boosted by injecting I/O from the
1913                  * waker queue. Fortunately, detection is likely to be
1914                  * actually fast, for the following reasons. While
1915                  * blocked by synchronization, bfqq has a long think
1916                  * time. This implies that bfqq's inject limit is at
1917                  * least equal to 1 (see the comments in
1918                  * bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
1919                  * injection, the waker queue is likely to be served
1920                  * during the very first I/O-plugging time interval
1921                  * for bfqq. This triggers the first step of the
1922                  * detection mechanism. Thanks again to injection, the
1923                  * candidate waker queue is then likely to be
1924                  * confirmed no later than during the next
1925                  * I/O-plugging interval for bfqq.
1926                  */
1927                 if (bfqd->last_completed_rq_bfqq &&
1928                     !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
1929                     ktime_get_ns() - bfqd->last_completion <
1930                     200 * NSEC_PER_USEC) {
1931                         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq != bfqq &&
1932                             bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
1933                             bfqq->waker_bfqq) {
1934                                 /*
1935                                  * First synchronization detected with
1936                                  * a candidate waker queue, or with a
1937                                  * different candidate waker queue
1938                                  * from the current one.
1939                                  */
1940                                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
1941
1942                                 /*
1943                                  * If the waker queue disappears, then
1944                                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
1945                                  * this goal, we maintain in each
1946                                  * waker queue a list, woken_list, of
1947                                  * all the queues that reference the
1948                                  * waker queue through their
1949                                  * waker_bfqq pointer. When the waker
1950                                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
1951                                  * of all the queues in the woken_list
1952                                  * is reset.
1953                                  *
1954                                  * In addition, if bfqq is already in
1955                                  * the woken_list of a waker queue,
1956                                  * then, before being inserted into
1957                                  * the woken_list of a new waker
1958                                  * queue, bfqq must be removed from
1959                                  * the woken_list of the old waker
1960                                  * queue.
1961                                  */
1962                                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
1963                                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
1964                                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
1965                                     &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
1966
1967                                 bfq_clear_bfqq_has_waker(bfqq);
1968                         } else if (bfqd->last_completed_rq_bfqq ==
1969                                    bfqq->waker_bfqq &&
1970                                    !bfq_bfqq_has_waker(bfqq)) {
1971                                 /*
1972                                  * synchronization with waker_bfqq
1973                                  * seen for the second time
1974                                  */
1975                                 bfq_mark_bfqq_has_waker(bfqq);
1976                         }
1977                 }
1978
1979                 /*
1980                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
1981                  * the latter eventually drops in case workload
1982                  * changes, see step (3) in the comments on
1983                  * bfq_update_inject_limit().
1984                  */
1985                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
1986                                              msecs_to_jiffies(1000)))
1987                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
1988
1989                 /*
1990                  * The following conditions must hold to setup a new
1991                  * sampling of total service time, and then a new
1992                  * update of the inject limit:
1993                  * - bfqq is in service, because the total service
1994                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
1995                  *   the queues in service;
1996                  * - this is the right occasion to compute or to
1997                  *   lower the baseline total service time, because
1998                  *   there are actually no requests in the drive,
1999                  *   or
2000                  *   the baseline total service time is available, and
2001                  *   this is the right occasion to compute the other
2002                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2003                  *   the total service time caused by the amount of
2004                  *   injection allowed by the current value of the
2005                  *   limit. It is the right occasion because injection
2006                  *   has actually been performed during the service
2007                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2008                  *   which are very likely to be exactly the injected
2009                  *   requests, or part of them;
2010                  * - the minimum interval for sampling the total
2011                  *   service time and updating the inject limit has
2012                  *   elapsed.
2013                  */
2014                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2015                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2016                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2017                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2018                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2019                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2020                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2021                         /*
2022                          * Start the state machine for measuring the
2023                          * total service time of rq: setting
2024                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2025                          * be set when rq will be dispatched.
2026                          */
2027                         bfqd->wait_dispatch = true;
2028                         /*
2029                          * If there is no I/O in service in the drive,
2030                          * then possible injection occurred before the
2031                          * arrival of rq will not affect the total
2032                          * service time of rq. So the injection limit
2033                          * must not be updated as a function of such
2034                          * total service time, unless new injection
2035                          * occurs before rq is completed. To have the
2036                          * injection limit updated only in the latter
2037                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2038                          * will be set in case injection is performed
2039                          * on bfqq before rq is completed).
2040                          */
2041                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2042                                 bfqd->rqs_injected = false;
2043                 }
2044         }
2045
2046         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2047
2048         /*
2049          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2050          */
2051         prev = bfqq->next_rq;
2052         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2053         bfqq->next_rq = next_rq;
2054
2055         /*
2056          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2057          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2058          */
2059         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2060                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2061
2062         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2063                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2064                                                  rq, &interactive);
2065         else {
2066                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2067                     time_is_before_jiffies(
2068                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2069                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2070                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2071                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2072
2073                         bfqd->wr_busy_queues++;
2074                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2075                 }
2076                 if (prev != bfqq->next_rq)
2077                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2078         }
2079
2080         /*
2081          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2082          * cases:
2083          *
2084          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2085          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2086          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2087          *   of information is used only for deciding whether to
2088          *   weight-raise async queues
2089          *
2090          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2091          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2092          *   stores the time when weight-raising starts
2093          *
2094          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2095          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2096          *   period must start or restart (this case is considered
2097          *   separately because it is not detected by the above
2098          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2099          *
2100          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2101          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2102          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2103          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2104          * needed.
2105          */
2106         if (bfqd->low_latency &&
2107                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2108                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2109 }
2110
2111 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2112                                           struct bio *bio,
2113                                           struct request_queue *q)
2114 {
2115         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2116
2117
2118         if (bfqq)
2119                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2120
2121         return NULL;
2122 }
2123
2124 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2125 {
2126         if (last_pos)
2127                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2128
2129         return 0;
2130 }
2131
2132 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2133 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2134 {
2135         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2136
2137         bfqd->rq_in_driver++;
2138 }
2139
2140 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2141 {
2142         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2143
2144         bfqd->rq_in_driver--;
2145 }
2146 #endif
2147
2148 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2149                                struct request *rq)
2150 {
2151         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2152         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2153         const int sync = rq_is_sync(rq);
2154
2155         if (bfqq->next_rq == rq) {
2156                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2157                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2158         }
2159
2160         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2161                 list_del_init(&rq->queuelist);
2162         bfqq->queued[sync]--;
2163         bfqd->queued--;
2164         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2165
2166         elv_rqhash_del(q, rq);
2167         if (q->last_merge == rq)
2168                 q->last_merge = NULL;
2169
2170         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2171                 bfqq->next_rq = NULL;
2172
2173                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2174                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2175                         /*
2176                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2177                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2178                          * bfqq->entity.budget must contain,
2179                          * respectively, the service received and the
2180                          * budget used last time bfqq emptied. These
2181                          * facts do not hold in this case, as at least
2182                          * this last removal occurred while bfqq is
2183                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2184                          * reset both bfqq->entity.service and
2185                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2186                          * process that may issue I/O requests to it.
2187                          */
2188                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2189                 }
2190
2191                 /*
2192                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2193                  */
2194                 if (bfqq->pos_root) {
2195                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2196                         bfqq->pos_root = NULL;
2197                 }
2198         } else {
2199                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2200                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2201                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2202         }
2203
2204         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2205                 bfqq->meta_pending--;
2206
2207 }
2208
2209 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio,
2210                 unsigned int nr_segs)
2211 {
2212         struct request_queue *q = hctx->queue;
2213         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2214         struct request *free = NULL;
2215         /*
2216          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2217          * store its return value for later use, to avoid nesting
2218          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2219          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2220          * bfqd->lock is taken.
2221          */
2222         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2223         bool ret;
2224
2225         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2226
2227         if (bic)
2228                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2229         else
2230                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2231         bfqd->bio_bic = bic;
2232
2233         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2234
2235         if (free)
2236                 blk_mq_free_request(free);
2237         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2238
2239         return ret;
2240 }
2241
2242 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2243                              struct bio *bio)
2244 {
2245         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2246         struct request *__rq;
2247
2248         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2249         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2250                 *req = __rq;
2251                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2252         }
2253
2254         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2255 }
2256
2257 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2258
2259 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2260                                enum elv_merge type)
2261 {
2262         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2263             rb_prev(&req->rb_node) &&
2264             blk_rq_pos(req) <
2265             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2266                                     struct request, rb_node))) {
2267                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2268                 struct bfq_data *bfqd;
2269                 struct request *prev, *next_rq;
2270
2271                 if (!bfqq)
2272                         return;
2273
2274                 bfqd = bfqq->bfqd;
2275
2276                 /* Reposition request in its sort_list */
2277                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2278                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2279
2280                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2281                 prev = bfqq->next_rq;
2282                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2283                                          bfqd->last_position);
2284                 bfqq->next_rq = next_rq;
2285                 /*
2286                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2287                  * fit the new request and the queue's position in its
2288                  * rq_pos_tree.
2289                  */
2290                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2291                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2292                         /*
2293                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2294                          * the unlikely().
2295                          */
2296                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2297                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2298                 }
2299         }
2300 }
2301
2302 /*
2303  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2304  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2305  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2306  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2307  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2308  *
2309  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2310  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2311  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2312  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2313  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2314  * only by bfq_insert_request.
2315  */
2316 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2317                                 struct request *next)
2318 {
2319         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2320                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2321
2322         if (!bfqq)
2323                 return;
2324
2325         /*
2326          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2327          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2328          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2329          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2330          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2331          * which would most certainly be too expensive with respect to
2332          * the benefits.
2333          */
2334         if (bfqq == next_bfqq &&
2335             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2336             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2337                 list_del_init(&rq->queuelist);
2338                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2339                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2340         }
2341
2342         if (bfqq->next_rq == next)
2343                 bfqq->next_rq = rq;
2344
2345         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2346 }
2347
2348 /* Must be called with bfqq != NULL */
2349 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2350 {
2351         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2352                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2353         bfqq->wr_coeff = 1;
2354         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2355         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2356         /*
2357          * Trigger a weight change on the next invocation of
2358          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2359          */
2360         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2361 }
2362
2363 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2364                              struct bfq_group *bfqg)
2365 {
2366         int i, j;
2367
2368         for (i = 0; i < 2; i++)
2369                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2370                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2371                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2372         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2373                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2374 }
2375
2376 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2377 {
2378         struct bfq_queue *bfqq;
2379
2380         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2381
2382         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2383                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2384         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2385                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2386         bfq_end_wr_async(bfqd);
2387
2388         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2389 }
2390
2391 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2392 {
2393         if (request)
2394                 return blk_rq_pos(io_struct);
2395         else
2396                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2397 }
2398
2399 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2400                                   sector_t sector)
2401 {
2402         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2403                BFQQ_CLOSE_THR;
2404 }
2405
2406 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2407                                          struct bfq_queue *bfqq,
2408                                          sector_t sector)
2409 {
2410         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2411         struct rb_node *parent, *node;
2412         struct bfq_queue *__bfqq;
2413
2414         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2415                 return NULL;
2416
2417         /*
2418          * First, if we find a request starting at the end of the last
2419          * request, choose it.
2420          */
2421         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2422         if (__bfqq)
2423                 return __bfqq;
2424
2425         /*
2426          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2427          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2428          * next_request position).
2429          */
2430         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2431         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2432                 return __bfqq;
2433
2434         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2435                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2436         else
2437                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2438         if (!node)
2439                 return NULL;
2440
2441         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2442         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2443                 return __bfqq;
2444
2445         return NULL;
2446 }
2447
2448 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2449                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2450                                                    sector_t sector)
2451 {
2452         struct bfq_queue *bfqq;
2453
2454         /*
2455          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2456          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2457          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2458          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2459          * the best possible order for throughput.
2460          */
2461         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2462         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2463                 return NULL;
2464
2465         return bfqq;
2466 }
2467
2468 static struct bfq_queue *
2469 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2470 {
2471         int process_refs, new_process_refs;
2472         struct bfq_queue *__bfqq;
2473
2474         /*
2475          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2476          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2477          * may have dropped their last reference (not just their last process
2478          * reference).
2479          */
2480         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2481                 return NULL;
2482
2483         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2484         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2485                 if (__bfqq == bfqq)
2486                         return NULL;
2487                 new_bfqq = __bfqq;
2488         }
2489
2490         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2491         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2492         /*
2493          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2494          * sense in merging the queues.
2495          */
2496         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2497                 return NULL;
2498
2499         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2500                 new_bfqq->pid);
2501
2502         /*
2503          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2504          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2505          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2506          * first time that the requests of some process are redirected to
2507          * it.
2508          *
2509          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2510          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2511          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2512          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2513          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2514          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2515          *
2516          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2517          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2518          * best option, as we feed the in-service queue with new
2519          * requests close to the last request served and, by doing so,
2520          * are likely to increase the throughput.
2521          */
2522         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2523         new_bfqq->ref += process_refs;
2524         return new_bfqq;
2525 }
2526
2527 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2528                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2529 {
2530         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2531                 return false;
2532
2533         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2534             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2535                 return false;
2536
2537         /*
2538          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2539          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2540          * sequential I/O.
2541          */
2542         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2543                 return false;
2544
2545         /*
2546          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2547          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2548          * queues.
2549          */
2550         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2551                 return false;
2552
2553         return true;
2554 }
2555
2556 /*
2557  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2558  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2559  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2560  * structure otherwise.
2561  *
2562  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2563  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2564  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2565  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2566  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2567  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2568  *
2569  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2570  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2571  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2572  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2573  * requests than the ones produced by its originally-associated
2574  * process.
2575  */
2576 static struct bfq_queue *
2577 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2578                      void *io_struct, bool request)
2579 {
2580         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2581
2582         /*
2583          * Do not perform queue merging if the device is non
2584          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2585          * device reaches a high speed through internal parallelism
2586          * and pipelining. This means that, to reach a high
2587          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2588          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2589          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2590          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2591          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2592          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2593          * the throughput reached by the device is likely to be the
2594          * same, with and without queue merging.
2595          *
2596          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2597          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2598          * artificially more uneven, because of shared queues
2599          * remaining non empty for incomparably more time than
2600          * non-merged queues. This may accentuate workload
2601          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2602          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2603          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2604          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2605          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2606          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2607          *
2608          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2609          * of the two branches is more likely than the other, but to
2610          * have the code path after the following if() executed as
2611          * fast as possible for the case of a non rotational device
2612          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2613          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2614          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2615          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2616          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2617          * all.
2618          */
2619         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2620                 return NULL;
2621
2622         /*
2623          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2624          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2625          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2626          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2627          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2628          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2629          * probability that two non-cooperating processes, which just
2630          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2631          * their queues merged by mistake.
2632          */
2633         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2634                 return NULL;
2635
2636         if (bfqq->new_bfqq)
2637                 return bfqq->new_bfqq;
2638
2639         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2640                 return NULL;
2641
2642         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2643         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2644                 return NULL;
2645
2646         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2647
2648         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2649             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2650             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2651                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2652             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2653             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2654                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2655                 if (new_bfqq)
2656                         return new_bfqq;
2657         }
2658         /*
2659          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2660          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2661          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2662          */
2663         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2664                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2665
2666         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2667             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2668                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2669
2670         return NULL;
2671 }
2672
2673 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2674 {
2675         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2676
2677         /*
2678          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2679          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2680          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2681          */
2682         if (!bic)
2683                 return;
2684
2685         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2686         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2687         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2688         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2689         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2690         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2691         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2692                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2693                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2694                 /*
2695                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2696                  * would have deserved interactive weight raising, but
2697                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2698                  * because of this early merge. Store directly the
2699                  * weight-raising state that would have been assigned
2700                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2701                  * to enjoy weight raising if split soon.
2702                  */
2703                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2704                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2705                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2706                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2707         } else {
2708                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2709                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2710                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2711                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2712                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2713         }
2714 }
2715
2716
2717 static
2718 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2719 {
2720         /*
2721          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2722          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2723          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2724          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2725          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2726          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2727          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2728          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2729          * never happen.
2730          */
2731         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2732             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2733                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2734
2735         bfq_put_queue(bfqq);
2736 }
2737
2738 static void
2739 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2740                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2741 {
2742         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2743                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2744         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2745         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2746         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2747         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2748                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2749         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2750
2751         /*
2752          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2753          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2754          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2755          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2756          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2757          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2758          * easy, thanks to the flag just_created.
2759          */
2760         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2761                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2762                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2763                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2764                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2765                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2766                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2767                         bfqd->wr_busy_queues++;
2768                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2769         }
2770
2771         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2772                 bfqq->wr_coeff = 1;
2773                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2774                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2775                         bfqd->wr_busy_queues--;
2776         }
2777
2778         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2779                      bfqd->wr_busy_queues);
2780
2781         /*
2782          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2783          */
2784         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2785         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2786         /*
2787          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2788          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2789          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2790          *   be set to NULL, or
2791          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2792          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2793          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2794          *   assignment causes no harm).
2795          */
2796         new_bfqq->bic = NULL;
2797         /*
2798          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
2799          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
2800          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
2801          * because it reports a random pid between those of the associated
2802          * processes.
2803          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
2804          * a pid in logging messages.
2805          */
2806         new_bfqq->pid = -1;
2807         bfqq->bic = NULL;
2808         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
2809 }
2810
2811 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2812                                 struct bio *bio)
2813 {
2814         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2815         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2816         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2817
2818         /*
2819          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2820          */
2821         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2822                 return false;
2823
2824         /*
2825          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2826          * merge only if rq is queued there.
2827          */
2828         if (!bfqq)
2829                 return false;
2830
2831         /*
2832          * We take advantage of this function to perform an early merge
2833          * of the queues of possible cooperating processes.
2834          */
2835         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2836         if (new_bfqq) {
2837                 /*
2838                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2839                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2840                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
2841                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2842                  * and bfqq can be put.
2843                  */
2844                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2845                                 new_bfqq);
2846                 /*
2847                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2848                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2849                  * merged.
2850                  */
2851                 bfqq = new_bfqq;
2852
2853                 /*
2854                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2855                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2856                  * this function may be invoked again (and then may
2857                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2858                  */
2859                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2860         }
2861
2862         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2863 }
2864
2865 /*
2866  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2867  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2868  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2869  * processes.
2870  */
2871 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2872                                    struct bfq_queue *bfqq)
2873 {
2874         unsigned int timeout_coeff;
2875
2876         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2877                 timeout_coeff = 1;
2878         else
2879                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2880
2881         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2882
2883         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2884                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2885 }
2886
2887 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2888                                        struct bfq_queue *bfqq)
2889 {
2890         if (bfqq) {
2891                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2892
2893                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2894
2895                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2896                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2897                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2898                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2899                         /*
2900                          * For soft real-time queues, move the start
2901                          * of the weight-raising period forward by the
2902                          * time the queue has not received any
2903                          * service. Otherwise, a relatively long
2904                          * service delay is likely to cause the
2905                          * weight-raising period of the queue to end,
2906                          * because of the short duration of the
2907                          * weight-raising period of a soft real-time
2908                          * queue.  It is worth noting that this move
2909                          * is not so dangerous for the other queues,
2910                          * because soft real-time queues are not
2911                          * greedy.
2912                          *
2913                          * To not add a further variable, we use the
2914                          * overloaded field budget_timeout to
2915                          * determine for how long the queue has not
2916                          * received service, i.e., how much time has
2917                          * elapsed since the queue expired. However,
2918                          * this is a little imprecise, because
2919                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2920                          * not only expires, but also remains with no
2921                          * request.
2922                          */
2923                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2924                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2925                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2926                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2927                         else
2928                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2929                 }
2930
2931                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2932                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2933                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2934                              bfqq->entity.budget);
2935         }
2936
2937         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2938 }
2939
2940 /*
2941  * Get and set a new queue for service.
2942  */
2943 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2944 {
2945         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2946
2947         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2948         return bfqq;
2949 }
2950
2951 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2952 {
2953         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2954         u32 sl;
2955
2956         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2957
2958         /*
2959          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2960          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2961          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2962          */
2963         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2964         /*
2965          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2966          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2967          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2968          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2969          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2970          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2971          * needed if the queue has a higher weight than some other
2972          * queue).
2973          */
2974         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2975             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
2976                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2977         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2978                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2979
2980         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2981         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
2982
2983         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2984                       HRTIMER_MODE_REL);
2985         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2986 }
2987
2988 /*
2989  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2990  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2991  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2992  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2993  * this maximises throughput with sequential workloads.
2994  */
2995 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2996 {
2997         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2998                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2999 }
3000
3001 /*
3002  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3003  * function of the estimated peak rate. See comments on
3004  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3005  */
3006 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3007 {
3008         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3009                 bfqd->bfq_max_budget =
3010                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3011                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3012         }
3013 }
3014
3015 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3016                                        struct request *rq)
3017 {
3018         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3019                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3020                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3021                 bfqd->sequential_samples = 0;
3022                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3023                         blk_rq_sectors(rq);
3024         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3025                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3026
3027         bfq_log(bfqd,
3028                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3029                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3030                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3031 }
3032
3033 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3034 {
3035         u32 rate, weight, divisor;
3036
3037         /*
3038          * For the convergence property to hold (see comments on
3039          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3040          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3041          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3042          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3043          * for a new evaluation attempt.
3044          */
3045         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3046             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3047                 goto reset_computation;
3048
3049         /*
3050          * If a new request completion has occurred after last
3051          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3052          * have been served by the device, it is more precise to
3053          * extend the observation interval to the last completion.
3054          */
3055         bfqd->delta_from_first =
3056                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3057                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3058
3059         /*
3060          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3061          * precision issues.
3062          */
3063         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3064                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3065
3066         /*
3067          * Peak rate not updated if:
3068          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3069          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3070          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3071          */
3072         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3073              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3074                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3075                 goto reset_computation;
3076
3077         /*
3078          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3079          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3080          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3081          * measured rate.
3082          *
3083          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3084          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3085          * and to how long the observation time interval is.
3086          *
3087          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3088          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3089          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3090          * the measured rate contributes for half of the next value of
3091          * the estimated peak rate.
3092          *
3093          * So, the first step is to compute the weight as a function
3094          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3095          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3096          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3097          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3098          * incremented for the first sample.
3099          */
3100         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3101
3102         /*
3103          * Second step: further refine the weight as a function of the
3104          * duration of the observation interval.
3105          */
3106         weight = min_t(u32, 8,
3107                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3108                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3109
3110         /*
3111          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3112          * maximum weight.
3113          */
3114         divisor = 10 - weight;
3115
3116         /*
3117          * Finally, update peak rate:
3118          *
3119          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3120          */
3121         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3122         bfqd->peak_rate /= divisor;
3123         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3124
3125         bfqd->peak_rate += rate;
3126
3127         /*
3128          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3129          * the minimum representable values reported in the comments
3130          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3131          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3132          * divisor.
3133          */
3134         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3135
3136         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3137
3138 reset_computation:
3139         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3140 }
3141
3142 /*
3143  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3144  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3145  *
3146  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3147  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3148  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3149  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3150  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3151  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3152  * by the device.
3153  *
3154  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3155  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3156  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3157  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3158  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3159  * unknown, namely in-device request service rate.
3160  *
3161  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3162  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3163  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3164  * same requests are then served. But, since the size of any
3165  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3166  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3167  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3168  * closer and closer to the number of requests completed as the
3169  * observation interval grows. This is the key property used in
3170  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3171  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3172  * on every request dispatch.
3173  */
3174 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3175 {
3176         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3177
3178         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3179                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3180                         bfqd->peak_rate_samples);
3181                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3182                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3183         }
3184
3185         /*
3186          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3187          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3188          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3189          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3190          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3191          * taken:
3192          * - close the observation interval at the last (previous)
3193          *   request dispatch or completion
3194          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3195          * - start a new observation interval with this dispatch
3196          */
3197         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3198             bfqd->rq_in_driver == 0)
3199                 goto update_rate_and_reset;
3200
3201         /* Update sampling information */
3202         bfqd->peak_rate_samples++;
3203
3204         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3205                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3206             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3207                 bfqd->sequential_samples++;
3208
3209         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3210
3211         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3212         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3213                 bfqd->last_rq_max_size =
3214                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3215         else
3216                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3217
3218         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3219
3220         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3221         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3222                 goto update_last_values;
3223
3224 update_rate_and_reset:
3225         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3226 update_last_values:
3227         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3228         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3229                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3230         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3231 }
3232
3233 /*
3234  * Remove request from internal lists.
3235  */
3236 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3237 {
3238         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3239
3240         /*
3241          * For consistency, the next instruction should have been
3242          * executed after removing the request from the queue and
3243          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3244          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3245          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3246          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3247          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3248          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3249          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3250          * happens to be taken into account.
3251          */
3252         bfqq->dispatched++;
3253         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3254
3255         bfq_remove_request(q, rq);
3256 }
3257
3258 /*
3259  * There is a case where idling does not have to be performed for
3260  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3261  * the process associated with bfqq.
3262  *
3263  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3264  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3265  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3266  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3267  * actual request service order. In particular, the critical
3268  * situation is when requests from different processes happen
3269  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3270  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3271  * the service order of the internally-queued requests, does
3272  * determine also the actual throughput distribution among
3273  * these processes. But the drive typically has no notion or
3274  * concern about per-process throughput distribution, and
3275  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3276  * the service distribution enforced by the drive's internal
3277  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3278  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3279  * skewed scenario where:
3280  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3281  *       the others,
3282  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3283  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3284  *       throughput than any of the other processes;
3285  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3286  *       terms of locality (sequential or random), direction
3287  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3288  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3289
3290  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3291  * of each process in about the same way as the requests of the
3292  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3293  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3294  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3295  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3296  * bfqq.
3297  *
3298  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3299  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3300  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3301  * (see [1] for details).
3302  *
3303  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3304  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3305  * example is sync random I/O on flash storage with command
3306  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3307  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3308  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3309  * service guarantees.
3310  *
3311  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3312  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3313  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3314  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3315  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3316  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3317  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3318  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3319  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3320  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3321  * some request already dispatched but still waiting for
3322  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3323  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3324  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3325  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3326  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3327  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3328  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3329  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3330  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3331  * bi-modal behavior, implemented in the function
3332  * bfq_asymmetric_scenario().
3333  *
3334  * If there are groups with requests waiting for completion
3335  * (as commented above, some of these groups may even be
3336  * already inactive), then the scenario is tagged as
3337  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3338  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3339  * This behavior matches also the fact that groups are created
3340  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3341  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3342  *
3343  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3344  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3345  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3346  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3347  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3348  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3349  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3350  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3351  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3352  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3353  * have the same weight.
3354  *
3355  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3356  * risk of getting less throughput than its fair share.
3357  * However, for queues with the same weight, a further
3358  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3359  * problem. And it does so without consequences on overall
3360  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3361  * in the next three paragraphs.
3362  *
3363  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3364  * can still preempt the new in-service queue if the next
3365  * request of Q arrives soon (see the comments on
3366  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3367  * groups have the same weight, this form of preemption,
3368  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3369  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3370  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3371  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3372  * idling allows the internal queues of the device to contain
3373  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3374  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3375  * minimum of mid-term fairness.
3376  *
3377  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3378  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3379  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3380  * that there are two queues with the same weight, but that
3381  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3382  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3383  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3384  * most one request at a time, which implies that each queue
3385  * always remains idle after it is served. Finally, after
3386  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3387  * request. It follows that the two queues are served
3388  * alternatively, preempting each other if needed. This
3389  * implies that, although both queues have the same weight,
3390  * the queue with large requests receives a service that is
3391  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3392  * queue.
3393  *
3394  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3395  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3396  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3397  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3398  * there is no active group, then the primary expectation for
3399  * this device is probably a high throughput.
3400  *
3401  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3402  * additional compound condition that is checked below for deciding
3403  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3404  * sub-condition, we need to add that the function
3405  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3406  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3407  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3408  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3409  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3410  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3411  * requests waiting for completion happen to be
3412  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3413  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3414  * weight raising.
3415  *
3416  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3417  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3418  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3419  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3420  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3421  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3422  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3423  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3424  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3425  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3426  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3427  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3428  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3429  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3430  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3431  * lose because of this delay.
3432  *
3433  * As a side note, it is worth considering that the above
3434  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3435  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3436  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3437  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3438  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3439  * may become impossible to make requests be served in the desired
3440  * order until all the requests already queued in the device have been
3441  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3442  * this problem for weight-raised queues.
3443  */
3444 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3445                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3446 {
3447         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3448                 (bfqd->wr_busy_queues <
3449                  bfq_tot_busy_queues(bfqd) ||
3450                  bfqd->rq_in_driver >=
3451                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3452                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq);
3453 }
3454
3455 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3456                               enum bfqq_expiration reason)
3457 {
3458         /*
3459          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3460          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3461          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3462          * break the queues apart again.
3463          */
3464         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3465                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3466
3467         /*
3468          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3469          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3470          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3471          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3472          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3473          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3474          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3475          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3476          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3477          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3478          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3479          */
3480         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3481             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3482               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3483                 if (bfqq->dispatched == 0)
3484                         /*
3485                          * Overloading budget_timeout field to store
3486                          * the time at which the queue remains with no
3487                          * backlog and no outstanding request; used by
3488                          * the weight-raising mechanism.
3489                          */
3490                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3491
3492                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3493         } else {
3494                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3495                 /*
3496                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3497                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3498                  */
3499                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3500                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3501                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3502         }
3503
3504         /*
3505          * All in-service entities must have been properly deactivated
3506          * or requeued before executing the next function, which
3507          * resets all in-service entities as no more in service. This
3508          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3509          * function returns true.
3510          */
3511         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3512 }
3513
3514 /**
3515  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3516  * @bfqd: device data.
3517  * @bfqq: queue to update.
3518  * @reason: reason for expiration.
3519  *
3520  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3521  * See the body for detailed comments.
3522  */
3523 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3524                                      struct bfq_queue *bfqq,
3525                                      enum bfqq_expiration reason)
3526 {
3527         struct request *next_rq;
3528         int budget, min_budget;
3529
3530         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3531
3532         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3533                 budget = bfqq->max_budget;
3534         else /*
3535               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3536               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3537               * than the minimum possible budget, to cause a little
3538               * bit fewer expirations.
3539               */
3540                 budget = 2 * min_budget;
3541
3542         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3543                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3544         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3545                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3546         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3547                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3548
3549         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3550                 switch (reason) {
3551                 /*
3552                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3553                  * for throughput.
3554                  */
3555                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3556                         /*
3557                          * This is the only case where we may reduce
3558                          * the budget: if there is no request of the
3559                          * process still waiting for completion, then
3560                          * we assume (tentatively) that the timer has
3561                          * expired because the batch of requests of
3562                          * the process could have been served with a
3563                          * smaller budget.  Hence, betting that
3564                          * process will behave in the same way when it
3565                          * becomes backlogged again, we reduce its
3566                          * next budget.  As long as we guess right,
3567                          * this budget cut reduces the latency
3568                          * experienced by the process.
3569                          *
3570                          * However, if there are still outstanding
3571                          * requests, then the process may have not yet
3572                          * issued its next request just because it is
3573                          * still waiting for the completion of some of
3574                          * the still outstanding ones.  So in this
3575                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3576                          * contrary we increase it to possibly boost
3577                          * the throughput, as discussed in the
3578                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3579                          */
3580                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3581                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3582                         else {
3583                                 if (budget > 5 * min_budget)
3584                                         budget -= 4 * min_budget;
3585                                 else
3586                                         budget = min_budget;
3587                         }
3588                         break;
3589                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3590                         /*
3591                          * We double the budget here because it gives
3592                          * the chance to boost the throughput if this
3593                          * is not a seeky process (and has bumped into
3594                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3595                          */
3596                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3597                         break;
3598                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3599                         /*
3600                          * The process still has backlog, and did not
3601                          * let either the budget timeout or the disk
3602                          * idling timeout expire. Hence it is not
3603                          * seeky, has a short thinktime and may be
3604                          * happy with a higher budget too. So
3605                          * definitely increase the budget of this good
3606                          * candidate to boost the disk throughput.
3607                          */
3608                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3609                         break;
3610                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3611                         /*
3612                          * For queues that expire for this reason, it
3613                          * is particularly important to keep the
3614                          * budget close to the actual service they
3615                          * need. Doing so reduces the timestamp
3616                          * misalignment problem described in the
3617                          * comments in the body of
3618                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3619                          * that a queue systematically expires for
3620                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3621                          * new request in time to enjoy timestamp
3622                          * back-shifting. The larger the budget of the
3623                          * queue is with respect to the service the
3624                          * queue actually requests in each service
3625                          * slot, the more times the queue can be
3626                          * reactivated with the same virtual finish
3627                          * time. It follows that, even if this finish
3628                          * time is pushed to the system virtual time
3629                          * to reduce the consequent timestamp
3630                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3631                          * many re-activations a lower finish time
3632                          * than all newly activated queues.
3633                          *
3634                          * The service needed by bfqq is measured
3635                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3636                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3637                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3638                          * of sectors that the process associated with
3639                          * bfqq requested to read/write before waiting
3640                          * for request completions, or blocking for
3641                          * other reasons.
3642                          */
3643                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3644                         break;
3645                 default:
3646                         return;
3647                 }
3648         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3649                 /*
3650                  * Async queues get always the maximum possible
3651                  * budget, as for them we do not care about latency
3652                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3653                  * by the charging factor).
3654                  */
3655                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3656         }
3657
3658         bfqq->max_budget = budget;
3659
3660         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3661             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3662                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3663
3664         /*
3665          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3666          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3667          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3668          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3669          * update.
3670          *
3671          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3672          * it will be updated on the arrival of a new request.
3673          */
3674         next_rq = bfqq->next_rq;
3675         if (next_rq)
3676                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3677                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3678
3679         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3680                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3681                         bfqq->entity.budget);
3682 }
3683
3684 /*
3685  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3686  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3687  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3688  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3689  * on the function bfq_bfqq_expire().
3690  *
3691  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3692  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3693  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3694  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3695  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3696  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3697  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3698  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3699  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3700  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3701  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3702  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3703  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3704  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3705  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3706  * finishes.
3707  *
3708  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3709  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3710  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3711  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3712  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3713  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3714  */
3715 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3716                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3717                                  unsigned long *delta_ms)
3718 {
3719         ktime_t delta_ktime;
3720         u32 delta_usecs;
3721         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3722
3723         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3724                 return false;
3725
3726         if (compensate)
3727                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3728         else
3729                 delta_ktime = ktime_get();
3730         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3731         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3732
3733         /* don't use too short time intervals */
3734         if (delta_usecs < 1000) {
3735                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3736                          /*
3737                           * give same worst-case guarantees as idling
3738                           * for seeky
3739                           */
3740                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3741                 else /* charge at least one seek */
3742                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3743
3744                 return slow;
3745         }
3746
3747         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3748
3749         /*
3750          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3751          * spikes in service rate estimation.
3752          */
3753         if (delta_usecs > 20000) {
3754                 /*
3755                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3756                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3757                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3758                  * rate is likely to be an average over the disk
3759                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3760                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3761                  * its rate has been lower than half of the estimated
3762                  * peak rate.
3763                  */
3764                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3765         }
3766
3767         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3768
3769         return slow;
3770 }
3771
3772 /*
3773  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3774  * requirements. First, the application must not require an average
3775  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3776  * record a compressed high-definition video.
3777  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3778  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3779  * that, if the next request of the application does not arrive before
3780  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3781  *
3782  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3783  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3784  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3785  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3786  * and so on.
3787  * For this reason the next function is invoked to compute
3788  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3789  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3790  * not.
3791  *
3792  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3793  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3794  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3795  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3796  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3797  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3798  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3799  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3800  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3801  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3802  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3803  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3804  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3805  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3806  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3807  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3808  *
3809  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3810  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3811  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3812  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3813  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3814  *     the return value of this function with the current time plus
3815  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3816  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3817  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3818  *     real-time application spends some time processing data, after a
3819  *     batch of its requests has been completed.
3820  *
3821  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3822  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3823  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3824  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3825  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3826  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3827  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3828  *     time intervals are usually interspersed between other time
3829  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3830  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3831  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3832  *     function happen to be so high, near the end of any such
3833  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3834  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3835  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3836  *     this function. As a consequence, if the last value of
3837  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3838  *     next value that this function may return, then, from the very
3839  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3840  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3841  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3842  *     to soon for the application to be deemed as soft
3843  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3844  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3845  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3846  *
3847  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3848  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3849  * application, if the reference quantity was just
3850  * bfqd->bfq_slice_idle:
3851  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3852  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3853  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3854  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3855  *    is rather lower than the exact value.
3856  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3857  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3858  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3859  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3860  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3861  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3862  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3863  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3864  */
3865 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3866                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3867 {
3868         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3869                     bfqq->last_idle_bklogged +
3870                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3871                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3872                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3873 }
3874
3875 /**
3876  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3877  * @bfqd: device owning the queue.
3878  * @bfqq: the queue to expire.
3879  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3880  * @reason: the reason causing the expiration.
3881  *
3882  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3883  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3884  * in service instead of the service it has received (see
3885  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3886  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3887  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3888  * received more service than what it has actually received. In the
3889  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3890  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3891  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3892  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3893  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3894  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3895  *
3896  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3897  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3898  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3899  * guarantees among the latter.
3900  */
3901 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3902                      struct bfq_queue *bfqq,
3903                      bool compensate,
3904                      enum bfqq_expiration reason)
3905 {
3906         bool slow;
3907         unsigned long delta = 0;
3908         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3909
3910         /*
3911          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3912          */
3913         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3914
3915         /*
3916          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3917          * timed-out queues with the time and not the service
3918          * received, to favor sequential workloads.
3919          *
3920          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3921          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3922          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3923          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3924          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3925          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3926          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3927          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3928          * or quasi-sequential processes.
3929          */
3930         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3931             (slow ||
3932              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3933               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3934                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3935
3936         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3937             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3938                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3939
3940         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3941                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3942
3943         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3944             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3945                 /*
3946                  * If we get here, and there are no outstanding
3947                  * requests, then the request pattern is isochronous
3948                  * (see the comments on the function
3949                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3950                  * soft_rt_next_start. And we do it, unless bfqq is in
3951                  * interactive weight raising. We do not do it in the
3952                  * latter subcase, for the following reason. bfqq may
3953                  * be conveying the I/O needed to load a soft
3954                  * real-time application. Such an application will
3955                  * actually exhibit a soft real-time I/O pattern after
3956                  * it finally starts doing its job. But, if
3957                  * soft_rt_next_start is computed here for an
3958                  * interactive bfqq, and bfqq had received a lot of
3959                  * service before remaining with no outstanding
3960                  * request (likely to happen on a fast device), then
3961                  * soft_rt_next_start would be assigned such a high
3962                  * value that, for a very long time, bfqq would be
3963                  * prevented from being possibly considered as soft
3964                  * real time.
3965                  *
3966                  * If, instead, the queue still has outstanding
3967                  * requests, then we have to wait for the completion
3968                  * of all the outstanding requests to discover whether
3969                  * the request pattern is actually isochronous.
3970                  */
3971                 if (bfqq->dispatched == 0 &&
3972                     bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
3973                         bfqq->soft_rt_next_start =
3974                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3975                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
3976                         /*
3977                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3978                          * the task may be discovered to be isochronous.
3979                          */
3980                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3981                 }
3982         }
3983
3984         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3985                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3986                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3987
3988         /*
3989          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
3990          * any longer: reset state machine for measuring total service
3991          * times.
3992          */
3993         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
3994         bfqd->waited_rq = NULL;
3995
3996         /*
3997          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3998          * reason.
3999          */
4000         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4001         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4002                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4003                 return;
4004
4005         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4006         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4007             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4008             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4009                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4010                 /*
4011                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4012                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4013                  * service with this same budget (as if it never expired)
4014                  */
4015         } else
4016                 entity->service = 0;
4017
4018         /*
4019          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4020          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4021          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4022          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4023          * chance to go on being served using the last, partially
4024          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4025          * because if bfqq then actually goes on being served using
4026          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4027          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4028          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4029          * to keep entity->service for parent entities too, because
4030          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4031          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4032          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4033          * service with the same budget.
4034          */
4035         entity = entity->parent;
4036         for_each_entity(entity)
4037                 entity->service = 0;
4038 }
4039
4040 /*
4041  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4042  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4043  * idle timer expirations.
4044  */
4045 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4046 {
4047         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4048 }
4049
4050 /*
4051  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4052  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4053  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4054  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4055  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4056  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4057  */
4058 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4059 {
4060         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4061                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4062                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4063                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4064                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4065
4066         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4067                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4068                 &&
4069                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4070 }
4071
4072 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4073                                              struct bfq_queue *bfqq)
4074 {
4075         bool rot_without_queueing =
4076                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4077                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4078                 idling_boosts_thr;
4079
4080         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4081                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4082
4083         /*
4084          * The next variable takes into account the cases where idling
4085          * boosts the throughput.
4086          *
4087          * The value of the variable is computed considering, first, that
4088          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4089          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4090          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4091          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4092          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4093          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4094          *     I/O-bound and sequential.
4095          *
4096          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4097          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4098          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4099          * the throughput in proportion to how fast the device
4100          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4101          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4102          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4103          * flash-based device.
4104          */
4105         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4106                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4107                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4108
4109         /*
4110          * The return value of this function is equal to that of
4111          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4112          * special case, described below, idling may cause problems to
4113          * weight-raised queues.
4114          *
4115          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4116          * of write hogs), if the processes associated with
4117          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4118          * then processes associated with weight-raised queues have a
4119          * higher probability to get a request from the pool
4120          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4121          * they have a higher probability to actually get a fraction
4122          * of the device throughput proportional to their high
4123          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4124          * which enqueue several requests in advance, and further
4125          * reorder internally-queued requests.
4126          *
4127          * For this reason, we force to false the return value if
4128          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4129          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4130          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4131          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4132          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4133          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4134          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4135          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4136          * requests from the request pool, before the busy
4137          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4138          * starvation problems in the presence of heavy write
4139          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4140          * application and system responsiveness in these hostile
4141          * scenarios.
4142          */
4143         return idling_boosts_thr &&
4144                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4145 }
4146
4147 /*
4148  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4149  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4150  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4151  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4152  * critical role as well.
4153  *
4154  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4155  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4156  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4157  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4158  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4159  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4160  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4161  * issue.
4162  *
4163  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4164  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4165  * functions providing the main pieces of information needed by this
4166  * function.
4167  */
4168 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4169 {
4170         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4171         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4172
4173         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4174                 return true;
4175
4176         /*
4177          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4178          * do not idle if
4179          * (a) bfqq is async
4180          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4181          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4182          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4183          */
4184         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4185            bfq_class_idle(bfqq))
4186                 return false;
4187
4188         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4189                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4190
4191         idling_needed_for_service_guar =
4192                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4193
4194         /*
4195          * We have now the two components we need to compute the
4196          * return value of the function, which is true only if idling
4197          * either boosts the throughput (without issues), or is
4198          * necessary to preserve service guarantees.
4199          */
4200         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4201                 idling_needed_for_service_guar;
4202 }
4203
4204 /*
4205  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4206  * returns true, then:
4207  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4208  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4209  *    request for the queue.
4210  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4211  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4212  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4213  * returns true.
4214  */
4215 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4216 {
4217         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4218 }
4219
4220 /*
4221  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4222  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4223  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4224  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4225  * below.
4226  */
4227 static struct bfq_queue *
4228 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4229 {
4230         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4231         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4232         /*
4233          * If
4234          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4235          *   time-critical I/O,
4236          * or
4237          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4238          *   however a long think time, during which it can absorb the
4239          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4240          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4241          *   details on the computation of this number);
4242          * then injection can be performed without restrictions.
4243          */
4244         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4245                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4246
4247         /*
4248          * If
4249          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4250          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4251          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4252          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4253          *   significantly;
4254          * then temporarily raise inject limit to one request.
4255          */
4256         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4257             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4258             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4259                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4260                 )
4261                 limit = 1;
4262
4263         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4264                 return NULL;
4265
4266         /*
4267          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4268          * a high probability, very few steps are needed to find a
4269          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4270          * its next request. In fact:
4271          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4272          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4273          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4274          *   service, then the queue is removed from the active list
4275          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4276          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4277          */
4278         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4279                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4280                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4281                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4282                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4283                         /*
4284                          * Allow for only one large in-flight request
4285                          * on non-rotational devices, for the
4286                          * following reason. On non-rotationl drives,
4287                          * large requests take much longer than
4288                          * smaller requests to be served. In addition,
4289                          * the drive prefers to serve large requests
4290                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4291                          * having more than one large requests queued
4292                          * in the drive may easily make the next first
4293                          * request of the in-service queue wait for so
4294                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4295                          * the bright side, large requests let the
4296                          * drive reach a very high throughput, even if
4297                          * there is only one in-flight large request
4298                          * at a time.
4299                          */
4300                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4301                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4302                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4303                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4304                         else
4305                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4306
4307                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4308                                 bfqd->rqs_injected = true;
4309                                 return bfqq;
4310                         }
4311                 }
4312
4313         return NULL;
4314 }
4315
4316 /*
4317  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4318  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4319  */
4320 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4321 {
4322         struct bfq_queue *bfqq;
4323         struct request *next_rq;
4324         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4325
4326         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4327         if (!bfqq)
4328                 goto new_queue;
4329
4330         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4331
4332         /*
4333          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4334          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4335          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4336          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4337          * bfq_completed_request().
4338          */
4339         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4340             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4341                 goto expire;
4342
4343 check_queue:
4344         /*
4345          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4346          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4347          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4348          * request served.
4349          */
4350         next_rq = bfqq->next_rq;
4351         /*
4352          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4353          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4354          */
4355         if (next_rq) {
4356                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4357                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4358                         /*
4359                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4360                          * which makes sure that the next budget is
4361                          * enough to serve the next request, even if
4362                          * it comes from the fifo expired path.
4363                          */
4364                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4365                         goto expire;
4366                 } else {
4367                         /*
4368                          * The idle timer may be pending because we may
4369                          * not disable disk idling even when a new request
4370                          * arrives.
4371                          */
4372                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4373                                 /*
4374                                  * If we get here: 1) at least a new request
4375                                  * has arrived but we have not disabled the
4376                                  * timer because the request was too small,
4377                                  * 2) then the block layer has unplugged
4378                                  * the device, causing the dispatch to be
4379                                  * invoked.
4380                                  *
4381                                  * Since the device is unplugged, now the
4382                                  * requests are probably large enough to
4383                                  * provide a reasonable throughput.
4384                                  * So we disable idling.
4385                                  */
4386                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4387                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4388                         }
4389                         goto keep_queue;
4390                 }
4391         }
4392
4393         /*
4394          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4395          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4396          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4397          *
4398          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4399          * throughput and is possible.
4400          */
4401         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4402             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4403                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4404                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4405                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4406                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4407                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4408
4409                 /*
4410                  * The next three mutually-exclusive ifs decide
4411                  * whether to try injection, and choose the queue to
4412                  * pick an I/O request from.
4413                  *
4414                  * The first if checks whether the process associated
4415                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4416                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4417                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4418                  * process. On the contrary, it can only increase
4419                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4420                  *
4421                  * The second if checks whether there happens to be a
4422                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4423                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4424                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4425                  * a process that does some sync. A sync generates
4426                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4427                  * the process associated with bfqq can go on with its
4428                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4429                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4430                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4431                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4432                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4433                  * throughput. The best action to take is therefore to
4434                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4435                  * (without relying on the third alternative below for
4436                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4437                  * paragraph for further details). This systematic
4438                  * injection of I/O from the waker queue does not
4439                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4440                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4441                  * for it is not blocked for milliseconds.
4442                  *
4443                  * The third if checks whether bfqq is a queue for
4444                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4445                  * bfqq delivers more throughput when served without
4446                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4447                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4448                  * count more than overall throughput, and may be
4449                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4450                  * has a short think time). If none of these
4451                  * conditions holds, then a candidate queue for
4452                  * injection is looked for through
4453                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4454                  * latter may return NULL (for example if the inject
4455                  * limit for bfqq is currently 0).
4456                  *
4457                  * NOTE: motivation for the second alternative
4458                  *
4459                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4460                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4461                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4462                  * waker queue has pending I/O requests that are
4463                  * blocking bfqq's I/O, then the third alternative
4464                  * above lets the waker queue get served before the
4465                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4466                  * second alternative superfluous. It is not, because
4467                  * the third alternative may be way less effective in
4468                  * case of a synchronization. For two main
4469                  * reasons. First, throughput may be low because the
4470                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4471                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4472                  * other queues, that the second alternative
4473                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4474                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4475                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4476                  * third alternative, the duration of the plugging,
4477                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4478                  * may not be minimized, because the waker queue may
4479                  * happen to be served only after other queues.
4480                  */
4481                 if (async_bfqq &&
4482                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4483                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4484                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4485                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4486                 else if (bfq_bfqq_has_waker(bfqq) &&
4487                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4488                            bfqq->next_rq &&
4489                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4490                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4491                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4492                         )
4493                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4494                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4495                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4496                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4497                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4498                 else
4499                         bfqq = NULL;
4500
4501                 goto keep_queue;
4502         }
4503
4504         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4505 expire:
4506         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4507 new_queue:
4508         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4509         if (bfqq) {
4510                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4511                 goto check_queue;
4512         }
4513 keep_queue:
4514         if (bfqq)
4515                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4516         else
4517                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4518
4519         return bfqq;
4520 }
4521
4522 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4523 {
4524         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4525
4526         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4527                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4528                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4529                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4530                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4531                         bfqq->wr_coeff,
4532                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4533
4534                 if (entity->prio_changed)
4535                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4536
4537                 /*
4538                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4539                  * time has elapsed from the beginning of this
4540                  * weight-raising period, then end weight raising.
4541                  */
4542                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4543                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4544                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4545                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4546                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4547                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4548                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
4549                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4550                         else {
4551                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4552                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4553                         }
4554                 }
4555                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4556                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4557                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4558                         /* see comments on max_service_from_wr */
4559                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4560                 }
4561         }
4562         /*
4563          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4564          * update weight both if it must be raised and if it must be
4565          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4566          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4567          * next function with the last parameter unset (see the
4568          * comments on the function).
4569          */
4570         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4571                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4572                                                 entity, false);
4573 }
4574
4575 /*
4576  * Dispatch next request from bfqq.
4577  */
4578 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4579                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4580 {
4581         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4582         unsigned long service_to_charge;
4583
4584         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4585
4586         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4587
4588         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4589                 bfqd->wait_dispatch = false;
4590                 bfqd->waited_rq = rq;
4591         }
4592
4593         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4594
4595         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4596                 goto return_rq;
4597
4598         /*
4599          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4600          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4601          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4602          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4603          * weight-raised during this service slot, even if it has
4604          * received part or even most of the service as a
4605          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4606          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4607          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4608          */
4609         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4610
4611         /*
4612          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4613          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4614          * service.
4615          */
4616         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4617                 goto return_rq;
4618
4619         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4620
4621 return_rq:
4622         return rq;
4623 }
4624
4625 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4626 {
4627         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4628
4629         /*
4630          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4631          * most a call to dispatch for nothing
4632          */
4633         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4634                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4635 }
4636
4637 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4638 {
4639         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4640         struct request *rq = NULL;
4641         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4642
4643         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4644                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4645                                       queuelist);
4646                 list_del_init(&rq->queuelist);
4647
4648                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4649
4650                 if (bfqq) {
4651                         /*
4652                          * Increment counters here, because this
4653                          * dispatch does not follow the standard
4654                          * dispatch flow (where counters are
4655                          * incremented)
4656                          */
4657                         bfqq->dispatched++;
4658
4659                         goto inc_in_driver_start_rq;
4660                 }
4661
4662                 /*
4663                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4664                  * decrement rq_in_driver, but
4665                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4666                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4667                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4668                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4669                  * lower than it should be while this request is in
4670                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4671                  * invoked uselessly.
4672                  *
4673                  * As for implementing an exact solution, the
4674                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4675                  * probably invoked also on this request. So, by
4676                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4677                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4678                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4679                  * let the value of the counter be always accurate,
4680                  * but it would entail using an extra interface
4681                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4682                  * being the frequency of non-elevator-private
4683                  * requests very low.
4684                  */
4685                 goto start_rq;
4686         }
4687
4688         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4689                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4690
4691         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4692                 goto exit;
4693
4694         /*
4695          * Force device to serve one request at a time if
4696          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4697          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4698          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4699          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4700          * some unlucky request wait for as long as the device
4701          * wishes.
4702          *
4703          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4704          * throughput.
4705          */
4706         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4707                 goto exit;
4708
4709         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4710         if (!bfqq)
4711                 goto exit;
4712
4713         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4714
4715         if (rq) {
4716 inc_in_driver_start_rq:
4717                 bfqd->rq_in_driver++;
4718 start_rq:
4719                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4720         }
4721 exit:
4722         return rq;
4723 }
4724
4725 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
4726 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4727                                       struct request *rq,
4728                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4729                                       bool idle_timer_disabled)
4730 {
4731         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4732
4733         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4734                 return;
4735
4736         /*
4737          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4738          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4739          * dispatched to the device, and then can be completed and
4740          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4741          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4742          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4743          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4744          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4745          *
4746          * In addition, the following queue lock guarantees that
4747          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4748          */
4749         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4750         if (idle_timer_disabled)
4751                 /*
4752                  * Since the idle timer has been disabled,
4753                  * in_serv_queue contained some request when
4754                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4755                  * implies that rq was picked exactly from
4756                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4757                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4758                  * arguments.
4759                  */
4760                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4761         if (bfqq) {
4762                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4763
4764                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4765                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4766                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4767         }
4768         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4769 }
4770 #else
4771 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4772                                              struct request *rq,
4773                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4774                                              bool idle_timer_disabled) {}
4775 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
4776
4777 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4778 {
4779         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4780         struct request *rq;
4781         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4782         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4783
4784         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4785
4786         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4787         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4788
4789         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4790
4791         idle_timer_disabled =
4792                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4793
4794         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4795
4796         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4797                                   idle_timer_disabled);
4798
4799         return rq;
4800 }
4801
4802 /*
4803  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4804  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4805  *
4806  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4807  * this function on it.
4808  */
4809 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4810 {
4811         struct bfq_queue *item;
4812         struct hlist_node *n;
4813 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4814         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4815 #endif
4816
4817         if (bfqq->bfqd)
4818                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4819                              bfqq, bfqq->ref);
4820
4821         bfqq->ref--;
4822         if (bfqq->ref)
4823                 return;
4824
4825         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4826                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4827                 /*
4828                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4829                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4830                  * does not contribute to the burst any longer. This
4831                  * decrement helps filter out false positives of large
4832                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4833                  * the execution of commands by some service) happens
4834                  * to start and exit while a complex application is
4835                  * starting, and thus spawning several processes that
4836                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4837                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4838                  *
4839                  * In particular, the decrement is performed only if:
4840                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4841                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4842                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4843                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4844                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4845                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4846                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4847                  * the current burst list--without incrementing
4848                  * bust_size--because of a split, but the current
4849                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4850                  * (see comments on the case of a split in
4851                  * bfq_set_request).
4852                  */
4853                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4854                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4855         }
4856
4857         /*
4858          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
4859          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
4860          * must be removed from the woken list of its possible waker
4861          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
4862          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
4863          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
4864          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
4865          * particular, this happens when the last process associated
4866          * with bfqq exits or gets associated with a different
4867          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
4868          * and dangling references would come out only after bfqq gets
4869          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
4870          * way to handle all cases.
4871          */
4872         /* remove bfqq from woken list */
4873         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
4874                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
4875
4876         /* reset waker for all queues in woken list */
4877         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
4878                                   woken_list_node) {
4879                 item->waker_bfqq = NULL;
4880                 bfq_clear_bfqq_has_waker(item);
4881                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
4882         }
4883
4884         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
4885                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
4886
4887         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4888 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4889         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4890 #endif
4891 }
4892
4893 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4894 {
4895         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4896
4897         /*
4898          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4899          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4900          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4901          */
4902         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4903         while (__bfqq) {
4904                 if (__bfqq == bfqq)
4905                         break;
4906                 next = __bfqq->new_bfqq;
4907                 bfq_put_queue(__bfqq);
4908                 __bfqq = next;
4909         }
4910 }
4911
4912 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4913 {
4914         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4915                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4916                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4917         }
4918
4919         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4920
4921         bfq_put_cooperator(bfqq);
4922
4923         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
4924 }
4925
4926 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4927 {
4928         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4929         struct bfq_data *bfqd;
4930
4931         if (bfqq)
4932                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4933
4934         if (bfqq && bfqd) {
4935                 unsigned long flags;
4936
4937                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4938                 bfqq->bic = NULL;
4939                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4940                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4941                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4942         }
4943 }
4944
4945 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4946 {
4947         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4948
4949         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4950         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4951 }
4952
4953 /*
4954  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4955  * be used until the next (re)activation.
4956  */
4957 static void
4958 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4959 {
4960         struct task_struct *tsk = current;
4961         int ioprio_class;
4962         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4963
4964         if (!bfqd)
4965                 return;
4966
4967         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4968         switch (ioprio_class) {
4969         default:
4970                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4971                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4972                 /* fall through */
4973         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4974                 /*
4975                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4976                  */
4977                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4978                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4979                 break;
4980         case IOPRIO_CLASS_RT:
4981                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4982                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4983                 break;
4984         case IOPRIO_CLASS_BE:
4985                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4986                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4987                 break;
4988         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4989                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4990                 bfqq->new_ioprio = 7;
4991                 break;
4992         }
4993
4994         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4995                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4996                         bfqq->new_ioprio);
4997                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4998         }
4999
5000         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5001         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5002 }
5003
5004 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5005                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5006                                        struct bfq_io_cq *bic);
5007
5008 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5009 {
5010         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5011         struct bfq_queue *bfqq;
5012         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5013
5014         /*
5015          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5016          * drop the lock before returning.
5017          */
5018         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5019                 return;
5020
5021         bic->ioprio = ioprio;
5022
5023         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5024         if (bfqq) {
5025                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5026                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
5027                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5028         }
5029
5030         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5031         if (bfqq)
5032                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5033 }
5034
5035 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5036                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5037 {
5038         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5039         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5040         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5041         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5042         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5043
5044         bfqq->ref = 0;
5045         bfqq->bfqd = bfqd;
5046
5047         if (bic)
5048                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5049
5050         if (is_sync) {
5051                 /*
5052                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5053                  * idle_class, because no device idling is performed
5054                  * for queues in idle class
5055                  */
5056                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5057                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5058                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5059                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5060                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5061         } else
5062                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5063
5064         /* set end request to minus infinity from now */
5065         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
5066
5067         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5068
5069         bfqq->pid = pid;
5070
5071         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5072         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5073         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5074
5075         bfqq->wr_coeff = 1;
5076         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5077         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5078         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5079
5080         /*
5081          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5082          * process/queue in the recent past,
5083          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5084          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5085          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5086          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5087          * no bandwidth so far.
5088          */
5089         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5090
5091         /* first request is almost certainly seeky */
5092         bfqq->seek_history = 1;
5093 }
5094
5095 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5096                                                struct bfq_group *bfqg,
5097                                                int ioprio_class, int ioprio)
5098 {
5099         switch (ioprio_class) {
5100         case IOPRIO_CLASS_RT:
5101                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5102         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5103                 ioprio = IOPRIO_NORM;
5104                 /* fall through */
5105         case IOPRIO_CLASS_BE:
5106                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5107         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5108                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5109         default:
5110                 return NULL;
5111         }
5112 }
5113
5114 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5115                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5116                                        struct bfq_io_cq *bic)
5117 {
5118         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5119         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5120         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5121         struct bfq_queue *bfqq;
5122         struct bfq_group *bfqg;
5123
5124         rcu_read_lock();
5125
5126         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5127         if (!bfqg) {
5128                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5129                 goto out;
5130         }
5131
5132         if (!is_sync) {
5133                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5134                                                   ioprio);
5135                 bfqq = *async_bfqq;
5136                 if (bfqq)
5137                         goto out;
5138         }
5139
5140         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5141                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5142                                      bfqd->queue->node);
5143
5144         if (bfqq) {
5145                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5146                               is_sync);
5147                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5148                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5149         } else {
5150                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5151                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5152                 goto out;
5153         }
5154
5155         /*
5156          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5157          * prune it.
5158          */
5159         if (async_bfqq) {
5160                 bfqq->ref++; /*
5161                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5162                               * queue. This extra reference is removed
5163                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5164                               * guarantee that this queue is not freed
5165                               * until its group goes away.
5166                               */
5167                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5168                              bfqq, bfqq->ref);
5169                 *async_bfqq = bfqq;
5170         }
5171
5172 out:
5173         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5174         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5175         rcu_read_unlock();
5176         return bfqq;
5177 }
5178
5179 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5180                                     struct bfq_queue *bfqq)
5181 {
5182         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5183         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5184
5185         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5186
5187         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
5188         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5189         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5190                                      ttime->ttime_samples);
5191 }
5192
5193 static void
5194 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5195                        struct request *rq)
5196 {
5197         bfqq->seek_history <<= 1;
5198         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5199
5200         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5201             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5202             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq))
5203                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5204 }
5205
5206 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5207                                        struct bfq_queue *bfqq,
5208                                        struct bfq_io_cq *bic)
5209 {
5210         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5211
5212         /*
5213          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5214          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5215          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5216          */
5217         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5218             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5219                 return;
5220
5221         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5222         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5223                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5224                 return;
5225
5226         /* Think time is infinite if no process is linked to
5227          * bfqq. Otherwise check average think time to
5228          * decide whether to mark as has_short_ttime
5229          */
5230         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5231             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5232              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
5233                 has_short_ttime = false;
5234
5235         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5236
5237         if (has_short_ttime)
5238                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5239         else
5240                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5241
5242         /*
5243          * Until the base value for the total service time gets
5244          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5245          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5246          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5247          * short or long (details in the comments in
5248          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5249          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5250          * has changed and the above base value is still to be
5251          * computed.
5252          *
5253          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5254          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5255          * (inclusive) if the change is from short to long think
5256          * time. The reason for this waiting is as follows.
5257          *
5258          * bfqq may have a long think time because of a
5259          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5260          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5261          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5262          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5263          *
5264          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5265          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5266          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5267          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5268          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5269          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5270          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5271          * and in a severe loss of total throughput.
5272          *
5273          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5274          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5275          * bfqq to receive new I/O soon.
5276          *
5277          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5278          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5279          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5280          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5281          * would cause the body of the next if to be executed
5282          * immediately. But this would set to 0 the inject
5283          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5284          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5285          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5286          * of such a steady oscillation between the two think-time
5287          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5288          *
5289          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5290          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5291          * think time samples can grow significantly before the reset
5292          * is performed. As a consequence, the think time state can
5293          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5294          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5295          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5296          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5297          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5298          *
5299          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5300          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5301          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5302          * (as explained in the comments in
5303          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5304          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5305          * an effective handling of a synchronization, through
5306          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5307          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5308          * brought forward, because it is not blocked for
5309          * milliseconds.
5310          *
5311          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5312          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5313          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5314          * waker queue is defined in the comments in
5315          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5316          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5317          * of the waker queue unconditionally on every
5318          * bfq_dispatch_request().
5319          *
5320          * One last, important benefit of not resetting the inject
5321          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5322          * base value for the total service time is likely to get
5323          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5324          * its relation with the think time.
5325          */
5326         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5327             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5328                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5329              !has_short_ttime))
5330                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5331 }
5332
5333 /*
5334  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5335  * something we should do about it.
5336  */
5337 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5338                             struct request *rq)
5339 {
5340         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5341                 bfqq->meta_pending++;
5342
5343         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5344
5345         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5346                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5347                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5348                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5349
5350                 /*
5351                  * There is just this request queued: if
5352                  * - the request is small, and
5353                  * - we are idling to boost throughput, and
5354                  * - the queue is not to be expired,
5355                  * then just exit.
5356                  *
5357                  * In this way, if the device is being idled to wait
5358                  * for a new request from the in-service queue, we
5359                  * avoid unplugging the device and committing the
5360                  * device to serve just a small request. In contrast
5361                  * we wait for the block layer to decide when to
5362                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5363                  * merged to this one quickly, then the device will be
5364                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5365                  */
5366                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5367                     !budget_timeout)
5368                         return;
5369
5370                 /*
5371                  * A large enough request arrived, or idling is being
5372                  * performed to preserve service guarantees, or
5373                  * finally the queue is to be expired: in all these
5374                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5375                  * wait_request flag and reset timer.
5376                  */
5377                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5378                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5379
5380                 /*
5381                  * The queue is not empty, because a new request just
5382                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5383                  * case of budget timeout, without risking that the
5384                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5385                  * See [1] for more details.
5386                  */
5387                 if (budget_timeout)
5388                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5389                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5390         }
5391 }
5392
5393 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5394 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5395 {
5396         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5397                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
5398         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5399
5400         if (new_bfqq) {
5401                 /*
5402                  * Release the request's reference to the old bfqq
5403                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5404                  */
5405                 new_bfqq->allocated++;
5406                 bfqq->allocated--;
5407                 new_bfqq->ref++;
5408                 /*
5409                  * If the bic associated with the process
5410                  * issuing this request still points to bfqq
5411                  * (and thus has not been already redirected
5412                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5413                  * then complete the merge and redirect it to
5414                  * new_bfqq.
5415                  */
5416                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5417                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5418                                         bfqq, new_bfqq);
5419
5420                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5421                 /*
5422                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5423                  * release rq reference on bfqq
5424                  */
5425                 bfq_put_queue(bfqq);
5426                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5427                 bfqq = new_bfqq;
5428         }
5429
5430         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5431         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5432         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5433
5434         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5435         bfq_add_request(rq);
5436         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5437
5438         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5439         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5440
5441         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5442
5443         return idle_timer_disabled;
5444 }
5445
5446 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5447 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5448                                     struct bfq_queue *bfqq,
5449                                     bool idle_timer_disabled,
5450                                     unsigned int cmd_flags)
5451 {
5452         if (!bfqq)
5453                 return;
5454
5455         /*
5456          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5457          * either it is merged with another queue, or the process it
5458          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5459          * the same process currently executing this flow of
5460          * instructions.
5461          *
5462          * In addition, the following queue lock guarantees that
5463          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5464          */
5465         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5466         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5467         if (idle_timer_disabled)
5468                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5469         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5470 }
5471 #else
5472 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5473                                            struct bfq_queue *bfqq,
5474                                            bool idle_timer_disabled,
5475                                            unsigned int cmd_flags) {}
5476 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5477
5478 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5479                                bool at_head)
5480 {
5481         struct request_queue *q = hctx->queue;
5482         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5483         struct bfq_queue *bfqq;
5484         bool idle_timer_disabled = false;
5485         unsigned int cmd_flags;
5486
5487 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5488         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
5489                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
5490 #endif
5491         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5492         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5493                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5494                 return;
5495         }
5496
5497         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5498
5499         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
5500
5501         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5502         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5503         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
5504                 if (at_head)
5505                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5506                 else
5507                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5508         } else {
5509                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
5510                 /*
5511                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
5512                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
5513                  * redirected into a new queue.
5514                  */
5515                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5516
5517                 if (rq_mergeable(rq)) {
5518                         elv_rqhash_add(q, rq);
5519                         if (!q->last_merge)
5520                                 q->last_merge = rq;
5521                 }
5522         }
5523
5524         /*
5525          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
5526          * may disappear afterwards (for example, because of a request
5527          * merge).
5528          */
5529         cmd_flags = rq->cmd_flags;
5530
5531         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5532
5533         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
5534                                 cmd_flags);
5535 }
5536
5537 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
5538                                 struct list_head *list, bool at_head)
5539 {
5540         while (!list_empty(list)) {
5541                 struct request *rq;
5542
5543                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
5544                 list_del_init(&rq->queuelist);
5545                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
5546         }
5547 }
5548
5549 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
5550 {
5551         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5552
5553         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
5554                                        bfqd->rq_in_driver);
5555
5556         if (bfqd->hw_tag == 1)
5557                 return;
5558
5559         /*
5560          * This sample is valid if the number of outstanding requests
5561          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
5562          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
5563          * requests.
5564          */
5565         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5566                 return;
5567
5568         /*
5569          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
5570          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
5571          * case
5572          */
5573         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
5574             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
5575             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
5576             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5577                 return;
5578
5579         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
5580                 return;
5581
5582         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
5583         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
5584         bfqd->hw_tag_samples = 0;
5585
5586         bfqd->nonrot_with_queueing =
5587                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
5588 }
5589
5590 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
5591 {
5592         u64 now_ns;
5593         u32 delta_us;
5594
5595         bfq_update_hw_tag(bfqd);
5596
5597         bfqd->rq_in_driver--;
5598         bfqq->dispatched--;
5599
5600         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
5601                 /*
5602                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
5603                  * time at which the queue remains with no backlog and
5604                  * no outstanding request; used by the weight-raising
5605                  * mechanism).
5606                  */
5607                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
5608
5609                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
5610         }
5611
5612         now_ns = ktime_get_ns();
5613
5614         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
5615
5616         /*
5617          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
5618          * computing rate in next check.
5619          */
5620         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
5621
5622         /*
5623          * If the request took rather long to complete, and, according
5624          * to the maximum request size recorded, this completion latency
5625          * implies that the request was certainly served at a very low
5626          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
5627          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
5628          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
5629          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
5630          * taken:
5631          * - close the observation interval at the last (previous)
5632          *   request dispatch or completion
5633          * - compute rate, if possible, for that observation interval
5634          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
5635          *   re-initialization of the observation interval on next
5636          *   dispatch
5637          */
5638         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
5639            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
5640                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
5641                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
5642         bfqd->last_completion = now_ns;
5643         bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
5644
5645         /*
5646          * If we are waiting to discover whether the request pattern
5647          * of the task associated with the queue is actually
5648          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
5649          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
5650          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
5651          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
5652          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
5653          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
5654          * expires, if it still has in-flight requests.
5655          */
5656         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
5657             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5658             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
5659                 bfqq->soft_rt_next_start =
5660                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
5661
5662         /*
5663          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
5664          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
5665          */
5666         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
5667                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
5668                         if (bfqq->dispatched == 0)
5669                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
5670                         /*
5671                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
5672                          * if bfqq was in budget timeout or had no
5673                          * more requests (as controlled in the next
5674                          * conditional instructions). The reason for
5675                          * not expiring bfqq is as follows.
5676                          *
5677                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
5678                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
5679                          * implies that, even if no request arrives
5680                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
5681                          * bfqq will, however, not be expired on the
5682                          * completion event that causes bfqq->dispatch
5683                          * to reach zero. In contrast, on this event,
5684                          * bfqq will start enjoying device idling
5685                          * (I/O-dispatch plugging).
5686                          *
5687                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
5688                          * not have the chance to enjoy device idling
5689                          * when bfqq->dispatched finally reaches
5690                          * zero. This would expose bfqq to violation
5691                          * of its reserved service guarantees.
5692                          */
5693                         return;
5694                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
5695                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5696                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5697                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5698                          (bfqq->dispatched == 0 ||
5699                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
5700                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5701                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
5702         }
5703
5704         if (!bfqd->rq_in_driver)
5705                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5706 }
5707
5708 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
5709 {
5710         bfqq->allocated--;
5711
5712         bfq_put_queue(bfqq);
5713 }
5714
5715 /*
5716  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
5717  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
5718  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
5719  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
5720  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
5721  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
5722  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
5723  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
5724  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
5725  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
5726  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
5727  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
5728  * and the device can only consume the I/O already queued in its
5729  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
5730  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
5731  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
5732  * of I/O flowing through bfqq.
5733  *
5734  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
5735  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
5736  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
5737  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
5738  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
5739  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
5740  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
5741  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
5742  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
5743  * completed---remains lower than this limit.
5744  *
5745  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
5746  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
5747  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
5748  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
5749  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
5750  * injection on the service times of only the first requests of
5751  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
5752  * requests whose service time is affected most, because they are the
5753  * first to arrive after injection possibly occurred.
5754  *
5755  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
5756  * "total service time" of first requests. We define as total service
5757  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
5758  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
5759  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
5760  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
5761  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
5762  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
5763  * part of the injected requests during the service hole, then,
5764  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
5765  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
5766  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
5767  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
5768  * before R, some extra request still present in its queues. As a
5769  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
5770  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
5771  * requests with and without injection.
5772  *
5773  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
5774  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
5775  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
5776  * case, it updates the limit as described below:
5777  *
5778  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
5779  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
5780  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
5781  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
5782  *     ground for the next case. If the baseline has already been
5783  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
5784  *     than the previous value.
5785  *
5786  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
5787  *     requests. By comparing the total service time in this case with
5788  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
5789  *     current value of the limit is inflating the total service
5790  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
5791  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
5792  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
5793  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
5794  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
5795  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
5796  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
5797  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
5798  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
5799  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
5800  *
5801  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
5802  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
5803  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
5804  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
5805  *     baseline total service time may have changed, without measuring
5806  *     it again without injection. A more effective version of this
5807  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
5808  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
5809  *     the total service time with the current limit does happen to be
5810  *     too large.
5811  *
5812  * More details on each step are provided in the comments on the
5813  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
5814  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
5815  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
5816  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
5817  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
5818  */
5819 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
5820                                     struct bfq_queue *bfqq)
5821 {
5822         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
5823         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
5824
5825         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
5826                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
5827
5828                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
5829                         bfqq->inject_limit--;
5830                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5831                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
5832                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
5833                         bfqq->inject_limit++;
5834         }
5835
5836         /*
5837          * Either we still have to compute the base value for the
5838          * total service time, and there seem to be the right
5839          * conditions to do it, or we can lower the last base value
5840          * computed.
5841          *
5842          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
5843          * request in flight, because this function is in the code
5844          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
5845          * in particular, this function is executed before
5846          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
5847          */
5848         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
5849             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
5850                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
5851                         /*
5852                          * Now we certainly have a base value: make sure we
5853                          * start trying injection.
5854                          */
5855                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
5856                 }
5857                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5858         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
5859                 /*
5860                  * No I/O injected and no request still in service in
5861                  * the drive: these are the exact conditions for
5862                  * computing the base value of the total service time
5863                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
5864                  * rather variable. For example, it varies if the size
5865                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
5866                  * change.
5867                  */
5868                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5869
5870
5871         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
5872         bfqd->waited_rq = NULL;
5873         bfqd->rqs_injected = false;
5874 }
5875
5876 /*
5877  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
5878  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
5879  * particular, rq is considered completed from the point of view of
5880  * the scheduler.
5881  */
5882 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
5883 {
5884         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5885         struct bfq_data *bfqd;
5886
5887         /*
5888          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
5889          * checking whether the involved request is actually still
5890          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
5891          * following two checks make this function exit in case of
5892          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
5893          *
5894          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
5895          */
5896         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
5897                 return;
5898
5899         /*
5900          * rq either is not associated with any icq, or is an already
5901          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
5902          * a bfq_queue.
5903          */
5904         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
5905                 return;
5906
5907         bfqd = bfqq->bfqd;
5908
5909         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
5910                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
5911                                              rq->start_time_ns,
5912                                              rq->io_start_time_ns,
5913                                              rq->cmd_flags);
5914
5915         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
5916                 unsigned long flags;
5917
5918                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5919
5920                 if (rq == bfqd->waited_rq)
5921                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
5922
5923                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
5924                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5925
5926                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5927         } else {
5928                 /*
5929                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
5930                  * in which case we need to remove it (this should
5931                  * never happen in case of requeue). And we cannot
5932                  * defer such a check and removal, to avoid
5933                  * inconsistencies in the time interval from the end
5934                  * of this function to the start of the deferred work.
5935                  * This situation seems to occur only in process
5936                  * context, as a consequence of a merge. In the
5937                  * current version of the code, this implies that the
5938                  * lock is held.
5939                  */
5940
5941                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
5942                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5943                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5944                                                     rq->cmd_flags);
5945                 }
5946                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5947         }
5948
5949         /*
5950          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5951          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5952          * invoked again on this same request (see the check at the
5953          * beginning of the function). Probably, a better general
5954          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5955          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5956          * referred by that elevator.
5957          *
5958          * Resetting the following fields would break the
5959          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5960          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5961          * that re-insertions of requeued requests, without
5962          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5963          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5964          * queues).
5965          */
5966         rq->elv.priv[0] = NULL;
5967         rq->elv.priv[1] = NULL;
5968 }
5969
5970 /*
5971  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5972  * was the last process referring to that bfqq.
5973  */
5974 static struct bfq_queue *
5975 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5976 {
5977         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5978
5979         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5980                 bfqq->pid = current->pid;
5981                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5982                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5983                 return bfqq;
5984         }
5985
5986         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
5987
5988         bfq_put_cooperator(bfqq);
5989
5990         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
5991         return NULL;
5992 }
5993
5994 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
5995                                                    struct bfq_io_cq *bic,
5996                                                    struct bio *bio,
5997                                                    bool split, bool is_sync,
5998                                                    bool *new_queue)
5999 {
6000         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6001
6002         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6003                 return bfqq;
6004
6005         if (new_queue)
6006                 *new_queue = true;
6007
6008         if (bfqq)
6009                 bfq_put_queue(bfqq);
6010         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
6011
6012         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6013         if (split && is_sync) {
6014                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6015                     bic->saved_in_large_burst)
6016                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6017                 else {
6018                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6019                         if (bic->was_in_burst_list)
6020                                 /*
6021                                  * If bfqq was in the current
6022                                  * burst list before being
6023                                  * merged, then we have to add
6024                                  * it back. And we do not need
6025                                  * to increase burst_size, as
6026                                  * we did not decrement
6027                                  * burst_size when we removed
6028                                  * bfqq from the burst list as
6029                                  * a consequence of a merge
6030                                  * (see comments in
6031                                  * bfq_put_queue). In this
6032                                  * respect, it would be rather
6033                                  * costly to know whether the
6034                                  * current burst list is still
6035                                  * the same burst list from
6036                                  * which bfqq was removed on
6037                                  * the merge. To avoid this
6038                                  * cost, if bfqq was in a
6039                                  * burst list, then we add
6040                                  * bfqq to the current burst
6041                                  * list without any further
6042                                  * check. This can cause
6043                                  * inappropriate insertions,
6044                                  * but rarely enough to not
6045                                  * harm the detection of large
6046                                  * bursts significantly.
6047                                  */
6048                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6049                                                &bfqd->burst_list);
6050                 }
6051                 bfqq->split_time = jiffies;
6052         }
6053
6054         return bfqq;
6055 }
6056
6057 /*
6058  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6059  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6060  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6061  * preparation.
6062  */
6063 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
6064 {
6065         /*
6066          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6067          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6068          * previously allocated bic/bfqq structs.
6069          */
6070         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6071 }
6072
6073 /*
6074  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6075  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6076  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6077  * not associated with any bfq_queue.
6078  *
6079  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6080  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6081  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6082  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6083  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6084  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6085  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6086  * signal this transformation. As a consequence, should these
6087  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6088  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6089  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6090  * incremented some queue counters for an rq destined to
6091  * transformation, without any chance to correctly lower these
6092  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6093  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6094  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6095  */
6096 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6097 {
6098         struct request_queue *q = rq->q;
6099         struct bio *bio = rq->bio;
6100         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6101         struct bfq_io_cq *bic;
6102         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6103         struct bfq_queue *bfqq;
6104         bool new_queue = false;
6105         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6106
6107         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6108                 return NULL;
6109
6110         /*
6111          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6112          * for this rq. This holds true, because this function is
6113          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6114          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6115          * being removed from bfq.
6116          */
6117         if (rq->elv.priv[1])
6118                 return rq->elv.priv[1];
6119
6120         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6121
6122         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6123
6124         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6125
6126         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6127                                          &new_queue);
6128
6129         if (likely(!new_queue)) {
6130                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6131                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
6132                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
6133
6134                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6135                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6136                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6137
6138                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6139                         split = true;
6140
6141                         if (!bfqq)
6142                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6143                                                                  true, is_sync,
6144                                                                  NULL);
6145                         else
6146                                 bfqq_already_existing = true;
6147                 }
6148         }
6149
6150         bfqq->allocated++;
6151         bfqq->ref++;
6152         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6153                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6154
6155         rq->elv.priv[0] = bic;
6156         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6157
6158         /*
6159          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6160          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6161          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6162          * resume its state.
6163          */
6164         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6165                 bfqq->bic = bic;
6166                 if (split) {
6167                         /*
6168                          * The queue has just been split from a shared
6169                          * queue: restore the idle window and the
6170                          * possible weight raising period.
6171                          */
6172                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6173                                               bfqq_already_existing);
6174                 }
6175         }
6176
6177         /*
6178          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6179          * created queues only if:
6180          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6181          * or
6182          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6183          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6184          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6185          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6186          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6187          *    bfq_handle_burst().
6188          *
6189          * This filtering also helps eliminating false positives,
6190          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6191          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6192          * to trigger the creation of new queues very close to when
6193          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6194          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6195          * this issue.
6196          */
6197         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6198                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6199                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6200                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6201
6202         return bfqq;
6203 }
6204
6205 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
6206 {
6207         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
6208         enum bfqq_expiration reason;
6209         unsigned long flags;
6210
6211         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6212         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6213
6214         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6215                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6216                 return;
6217         }
6218
6219         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6220                 /*
6221                  * Also here the queue can be safely expired
6222                  * for budget timeout without wasting
6223                  * guarantees
6224                  */
6225                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6226         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6227                 /*
6228                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6229                  * because we may not disable the timer when the
6230                  * first request of the in-service queue arrives
6231                  * during disk idling.
6232                  */
6233                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6234         else
6235                 goto schedule_dispatch;
6236
6237         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6238
6239 schedule_dispatch:
6240         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6241         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6242 }
6243
6244 /*
6245  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6246  * is idling inside its time slice.
6247  */
6248 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6249 {
6250         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6251                                              idle_slice_timer);
6252         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6253
6254         /*
6255          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6256          * different from the queue that was idling if a new request
6257          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6258          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6259          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6260          * early.
6261          */
6262         if (bfqq)
6263                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
6264
6265         return HRTIMER_NORESTART;
6266 }
6267
6268 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6269                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6270 {
6271         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6272
6273         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6274         if (bfqq) {
6275                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6276
6277                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6278                              bfqq, bfqq->ref);
6279                 bfq_put_queue(bfqq);
6280                 *bfqq_ptr = NULL;
6281         }
6282 }
6283
6284 /*
6285  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6286  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6287  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6288  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6289  */
6290 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6291 {
6292         int i, j;
6293
6294         for (i = 0; i < 2; i++)
6295                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
6296                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6297
6298         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6299 }
6300
6301 /*
6302  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6303  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6304  */
6305 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6306                                       struct sbitmap_queue *bt)
6307 {
6308         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6309
6310         /*
6311          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6312          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6313          *
6314          * In next formulas, right-shift the value
6315          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6316          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6317          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6318          * limit 'something'.
6319          */
6320         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6321         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6322         /*
6323          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6324          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6325          * writes)
6326          */
6327         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6328
6329         /*
6330          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6331          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6332          * highest percentage for which, in our tests, application
6333          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6334          * shortage.
6335          */
6336         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6337         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6338         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6339         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6340
6341         for (i = 0; i < 2; i++)
6342                 for (j = 0; j < 2; j++)
6343                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6344
6345         return min_shallow;
6346 }
6347
6348 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6349 {
6350         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6351         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6352         unsigned int min_shallow;
6353
6354         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6355         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
6356 }
6357
6358 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6359 {
6360         bfq_depth_updated(hctx);
6361         return 0;
6362 }
6363
6364 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6365 {
6366         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6367         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6368
6369         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6370
6371         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6372         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6373                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6374         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6375
6376         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6377
6378 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6379         /* release oom-queue reference to root group */
6380         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6381
6382         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6383 #else
6384         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6385         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6386         kfree(bfqd->root_group);
6387         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6388 #endif
6389
6390         kfree(bfqd);
6391 }
6392
6393 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6394                                 struct bfq_data *bfqd)
6395 {
6396         int i;
6397
6398 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6399         root_group->entity.parent = NULL;
6400         root_group->my_entity = NULL;
6401         root_group->bfqd = bfqd;
6402 #endif
6403         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6404         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6405                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6406         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6407 }
6408
6409 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6410 {
6411         struct bfq_data *bfqd;
6412         struct elevator_queue *eq;
6413
6414         eq = elevator_alloc(q, e);
6415         if (!eq)
6416                 return -ENOMEM;
6417
6418         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6419         if (!bfqd) {
6420                 kobject_put(&eq->kobj);
6421                 return -ENOMEM;
6422         }
6423         eq->elevator_data = bfqd;
6424
6425         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6426         q->elevator = eq;
6427         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6428
6429         /*
6430          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6431          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6432          * will not attempt to free it.
6433          */
6434         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6435         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6436         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6437         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6438         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6439                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6440
6441         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6442         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6443
6444         /*
6445          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6446          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6447          * class won't be changed any more.
6448          */
6449         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6450
6451         bfqd->queue = q;
6452
6453         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6454
6455         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6456                      HRTIMER_MODE_REL);
6457         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
6458
6459         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
6460         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6461
6462         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6463         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6464         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6465
6466         bfqd->hw_tag = -1;
6467         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6468
6469         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6470
6471         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6472         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6473         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6474         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6475         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6476         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6477
6478         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
6479
6480         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6481         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6482
6483         bfqd->low_latency = true;
6484
6485         /*
6486          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6487          */
6488         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6489         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
6490         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
6491         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
6492         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
6493         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
6494                                               * Approximate rate required
6495                                               * to playback or record a
6496                                               * high-definition compressed
6497                                               * video.
6498                                               */
6499         bfqd->wr_busy_queues = 0;
6500
6501         /*
6502          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
6503          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
6504          */
6505         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
6506                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
6507         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
6508
6509         spin_lock_init(&bfqd->lock);
6510
6511         /*
6512          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
6513          * function is the head of a chain of function calls
6514          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
6515          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
6516          * has_work hook function. For this reason,
6517          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
6518          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
6519          * that can be initialized only after invoking
6520          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
6521          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
6522          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
6523          * from invoking further scheduler hooks before this init
6524          * function is finished.
6525          */
6526         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
6527         if (!bfqd->root_group)
6528                 goto out_free;
6529         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
6530         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
6531
6532         wbt_disable_default(q);
6533         return 0;
6534
6535 out_free:
6536         kfree(bfqd);
6537         kobject_put(&eq->kobj);
6538         return -ENOMEM;
6539 }
6540
6541 static void bfq_slab_kill(void)
6542 {
6543         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
6544 }
6545
6546 static int __init bfq_slab_setup(void)
6547 {
6548         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
6549         if (!bfq_pool)
6550                 return -ENOMEM;
6551         return 0;
6552 }
6553
6554 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
6555 {
6556         return sprintf(page, "%u\n", var);
6557 }
6558
6559 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
6560 {
6561         unsigned long new_val;
6562         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
6563
6564         if (ret)
6565                 return ret;
6566         *var = new_val;
6567         return 0;
6568 }
6569
6570 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
6571 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6572 {                                                                       \
6573         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6574         u64 __data = __VAR;                                             \
6575         if (__CONV == 1)                                                \
6576                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
6577         else if (__CONV == 2)                                           \
6578                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
6579         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6580 }
6581 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
6582 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
6583 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
6584 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
6585 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
6586 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
6587 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
6588 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
6589 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
6590 #undef SHOW_FUNCTION
6591
6592 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
6593 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6594 {                                                                       \
6595         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6596         u64 __data = __VAR;                                             \
6597         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
6598         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6599 }
6600 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
6601 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
6602
6603 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
6604 static ssize_t                                                          \
6605 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
6606 {                                                                       \
6607         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6608         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6609         int ret;                                                        \
6610                                                                         \
6611         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6612         if (ret)                                                        \
6613                 return ret;                                             \
6614         if (__data < __min)                                             \
6615                 __data = __min;                                         \
6616         else if (__data > __max)                                        \
6617                 __data = __max;                                         \
6618         if (__CONV == 1)                                                \
6619                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
6620         else if (__CONV == 2)                                           \
6621                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
6622         else                                                            \
6623                 *(__PTR) = __data;                                      \
6624         return count;                                                   \
6625 }
6626 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
6627                 INT_MAX, 2);
6628 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
6629                 INT_MAX, 2);
6630 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
6631 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
6632                 INT_MAX, 0);
6633 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
6634 #undef STORE_FUNCTION
6635
6636 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
6637 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
6638 {                                                                       \
6639         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6640         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6641         int ret;                                                        \
6642                                                                         \
6643         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6644         if (ret)                                                        \
6645                 return ret;                                             \
6646         if (__data < __min)                                             \
6647                 __data = __min;                                         \
6648         else if (__data > __max)                                        \
6649                 __data = __max;                                         \
6650         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
6651         return count;                                                   \
6652 }
6653 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
6654                     UINT_MAX);
6655 #undef USEC_STORE_FUNCTION
6656
6657 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
6658                                     const char *page, size_t count)
6659 {
6660         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6661         unsigned long __data;
6662         int ret;
6663
6664         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6665         if (ret)
6666                 return ret;
6667
6668         if (__data == 0)
6669                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6670         else {
6671                 if (__data > INT_MAX)
6672                         __data = INT_MAX;
6673                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
6674         }
6675
6676         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
6677
6678         return count;
6679 }
6680
6681 /*
6682  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
6683  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
6684  */
6685 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
6686                                       const char *page, size_t count)
6687 {
6688         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6689         unsigned long __data;
6690         int ret;
6691
6692         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6693         if (ret)
6694                 return ret;
6695
6696         if (__data < 1)
6697                 __data = 1;
6698         else if (__data > INT_MAX)
6699                 __data = INT_MAX;
6700
6701         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
6702         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
6703                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6704
6705         return count;
6706 }
6707
6708 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
6709                                      const char *page, size_t count)
6710 {
6711         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6712         unsigned long __data;
6713         int ret;
6714
6715         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6716         if (ret)
6717                 return ret;
6718
6719         if (__data > 1)
6720                 __data = 1;
6721         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
6722             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
6723                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
6724
6725         bfqd->strict_guarantees = __data;
6726
6727         return count;
6728 }
6729
6730 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
6731                                      const char *page, size_t count)
6732 {
6733         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6734         unsigned long __data;
6735         int ret;
6736
6737         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6738         if (ret)
6739                 return ret;
6740
6741         if (__data > 1)
6742                 __data = 1;
6743         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
6744                 bfq_end_wr(bfqd);
6745         bfqd->low_latency = __data;
6746
6747         return count;
6748 }
6749
6750 #define BFQ_ATTR(name) \
6751         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
6752
6753 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
6754         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
6755         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
6756         BFQ_ATTR(back_seek_max),
6757         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
6758         BFQ_ATTR(slice_idle),
6759         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
6760         BFQ_ATTR(max_budget),
6761         BFQ_ATTR(timeout_sync),
6762         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
6763         BFQ_ATTR(low_latency),
6764         __ATTR_NULL
6765 };
6766
6767 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
6768         .ops = {
6769                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
6770                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
6771                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
6772                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
6773                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
6774                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
6775                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
6776                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
6777                 .former_request         = elv_rb_former_request,
6778                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
6779                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
6780                 .request_merge          = bfq_request_merge,
6781                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
6782                 .request_merged         = bfq_request_merged,
6783                 .has_work               = bfq_has_work,
6784                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
6785                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
6786                 .init_sched             = bfq_init_queue,
6787                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
6788         },
6789
6790         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
6791         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
6792         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
6793         .elevator_name =        "bfq",
6794         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
6795 };
6796 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
6797
6798 static int __init bfq_init(void)
6799 {
6800         int ret;
6801
6802 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6803         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
6804         if (ret)
6805                 return ret;
6806 #endif
6807
6808         ret = -ENOMEM;
6809         if (bfq_slab_setup())
6810                 goto err_pol_unreg;
6811
6812         /*
6813          * Times to load large popular applications for the typical
6814          * systems installed on the reference devices (see the
6815          * comments before the definition of the next
6816          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
6817          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
6818          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
6819          * are computed over much shorter time intervals than the long
6820          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
6821          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
6822          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
6823          * be run for a long time.
6824          */
6825         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
6826         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
6827
6828         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
6829         if (ret)
6830                 goto slab_kill;
6831
6832         return 0;
6833
6834 slab_kill:
6835         bfq_slab_kill();
6836 err_pol_unreg:
6837 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6838         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6839 #endif
6840         return ret;
6841 }
6842
6843 static void __exit bfq_exit(void)
6844 {
6845         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
6846 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6847         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6848 #endif
6849         bfq_slab_kill();
6850 }
6851
6852 module_init(bfq_init);
6853 module_exit(bfq_exit);
6854
6855 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
6856 MODULE_LICENSE("GPL");
6857 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");