Merge tag 'platform-drivers-x86-v5.12-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[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 #include <linux/backing-dev.h>
127
128 #include "blk.h"
129 #include "blk-mq.h"
130 #include "blk-mq-tag.h"
131 #include "blk-mq-sched.h"
132 #include "bfq-iosched.h"
133 #include "blk-wbt.h"
134
135 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
136 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
137 {                                                                       \
138         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
139 }                                                                       \
140 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
141 {                                                                       \
142         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
143 }                                                                       \
144 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
145 {                                                                       \
146         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
147 }
148
149 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
150 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
151 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
152 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
153 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
154 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
155 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
156 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
157 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
158 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
159 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
160 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
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
431 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
432
433 /*
434  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
435  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
436  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
437  */
438 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
439                                       struct request *rq1,
440                                       struct request *rq2,
441                                       sector_t last)
442 {
443         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
444         unsigned long back_max;
445 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
446 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
447         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
448
449         if (!rq1 || rq1 == rq2)
450                 return rq2;
451         if (!rq2)
452                 return rq1;
453
454         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
455                 return rq1;
456         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
457                 return rq2;
458         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
459                 return rq1;
460         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
461                 return rq2;
462
463         s1 = blk_rq_pos(rq1);
464         s2 = blk_rq_pos(rq2);
465
466         /*
467          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
468          */
469         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
470
471         /*
472          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
473          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
474          * similar forward seek.
475          */
476         if (s1 >= last)
477                 d1 = s1 - last;
478         else if (s1 + back_max >= last)
479                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
480         else
481                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
482
483         if (s2 >= last)
484                 d2 = s2 - last;
485         else if (s2 + back_max >= last)
486                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
487         else
488                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
489
490         /* Found required data */
491
492         /*
493          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
494          * check two variables for all permutations: --> faster!
495          */
496         switch (wrap) {
497         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
498                 if (d1 < d2)
499                         return rq1;
500                 else if (d2 < d1)
501                         return rq2;
502
503                 if (s1 >= s2)
504                         return rq1;
505                 else
506                         return rq2;
507
508         case BFQ_RQ2_WRAP:
509                 return rq1;
510         case BFQ_RQ1_WRAP:
511                 return rq2;
512         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
513         default:
514                 /*
515                  * Since both rqs are wrapped,
516                  * start with the one that's further behind head
517                  * (--> only *one* back seek required),
518                  * since back seek takes more time than forward.
519                  */
520                 if (s1 <= s2)
521                         return rq1;
522                 else
523                         return rq2;
524         }
525 }
526
527 /*
528  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
529  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
530  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
531  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
532  * problems.
533  */
534 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
535 {
536         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
537
538         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
539                 return;
540
541         data->shallow_depth =
542                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
543
544         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
545                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
546                         data->shallow_depth);
547 }
548
549 static struct bfq_queue *
550 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
551                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
552                      struct rb_node ***rb_link)
553 {
554         struct rb_node **p, *parent;
555         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
556
557         parent = NULL;
558         p = &root->rb_node;
559         while (*p) {
560                 struct rb_node **n;
561
562                 parent = *p;
563                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
564
565                 /*
566                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
567                  * largest to the right.
568                  */
569                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
570                         n = &(*p)->rb_right;
571                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
572                         n = &(*p)->rb_left;
573                 else
574                         break;
575                 p = n;
576                 bfqq = NULL;
577         }
578
579         *ret_parent = parent;
580         if (rb_link)
581                 *rb_link = p;
582
583         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
584                 (unsigned long long)sector,
585                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
586
587         return bfqq;
588 }
589
590 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
591 {
592         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
593                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
594                                        bfq_merge_time_limit);
595 }
596
597 /*
598  * The following function is not marked as __cold because it is
599  * actually cold, but for the same performance goal described in the
600  * comments on the likely() at the beginning of
601  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
602  * execution time for the case where this function is not invoked, we
603  * had to add an unlikely() in each involved if().
604  */
605 void __cold
606 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
607 {
608         struct rb_node **p, *parent;
609         struct bfq_queue *__bfqq;
610
611         if (bfqq->pos_root) {
612                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
613                 bfqq->pos_root = NULL;
614         }
615
616         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
617         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
618                 return;
619
620         /*
621          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
622          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
623          * position tree.
624          */
625         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
626                 return;
627
628         if (bfq_class_idle(bfqq))
629                 return;
630         if (!bfqq->next_rq)
631                 return;
632
633         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
634         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
635                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
636         if (!__bfqq) {
637                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
638                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
639         } else
640                 bfqq->pos_root = NULL;
641 }
642
643 /*
644  * The following function returns false either if every active queue
645  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
646  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
647  * throughput lower than or equal to the share that every other active
648  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
649  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
650  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
651  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
652  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
653  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
654  * be avoided.
655  *
656  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
657  * 1) all active queues have the same weight,
658  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
659  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
660  *    weight,
661  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
662  *    number of children.
663  *
664  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
665  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
666  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
667  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
668  * much easier to maintain the needed state:
669  * 1) all active queues have the same weight,
670  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
671  * 3) there are no active groups.
672  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
673  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
674  * needs to be maintained in this case.
675  */
676 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
677                                    struct bfq_queue *bfqq)
678 {
679         bool smallest_weight = bfqq &&
680                 bfqq->weight_counter &&
681                 bfqq->weight_counter ==
682                 container_of(
683                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
684                         struct bfq_weight_counter,
685                         weights_node);
686
687         /*
688          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
689          * at least two nodes.
690          */
691         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
692                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
693                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
694                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
695
696         bool multiple_classes_busy =
697                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
698                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
699                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
700
701         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
702 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
703                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
704 #endif
705                 ;
706 }
707
708 /*
709  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
710  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
711  * increment the existing counter.
712  *
713  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
714  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
715  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
716  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
717  * are not inserted in the tree.
718  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
719  * should be low too.
720  */
721 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
722                           struct rb_root_cached *root)
723 {
724         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
725         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
726         bool leftmost = true;
727
728         /*
729          * Do not insert if the queue is already associated with a
730          * counter, which happens if:
731          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
732          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
733          *      backlogged; in this respect, each of the two events
734          *      causes an invocation of this function,
735          *   2) this is the invocation of this function caused by the
736          *      second event. This second invocation is actually useless,
737          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
738          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
739          */
740         if (bfqq->weight_counter)
741                 return;
742
743         while (*new) {
744                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
745                                                 struct bfq_weight_counter,
746                                                 weights_node);
747                 parent = *new;
748
749                 if (entity->weight == __counter->weight) {
750                         bfqq->weight_counter = __counter;
751                         goto inc_counter;
752                 }
753                 if (entity->weight < __counter->weight)
754                         new = &((*new)->rb_left);
755                 else {
756                         new = &((*new)->rb_right);
757                         leftmost = false;
758                 }
759         }
760
761         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
762                                        GFP_ATOMIC);
763
764         /*
765          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
766          * exit. This will cause the weight of queue to not be
767          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
768          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
769          * bfqq's weight would have been the only weight making the
770          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
771          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
772          * invocation of this function is triggered by an activation
773          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
774          * if !bfqq->weight_counter.
775          */
776         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
777                 return;
778
779         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
780         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
781         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
782                                 leftmost);
783
784 inc_counter:
785         bfqq->weight_counter->num_active++;
786         bfqq->ref++;
787 }
788
789 /*
790  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
791  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
792  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
793  * about overhead.
794  */
795 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
796                                struct bfq_queue *bfqq,
797                                struct rb_root_cached *root)
798 {
799         if (!bfqq->weight_counter)
800                 return;
801
802         bfqq->weight_counter->num_active--;
803         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
804                 goto reset_entity_pointer;
805
806         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
807         kfree(bfqq->weight_counter);
808
809 reset_entity_pointer:
810         bfqq->weight_counter = NULL;
811         bfq_put_queue(bfqq);
812 }
813
814 /*
815  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
816  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
817  */
818 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
819                              struct bfq_queue *bfqq)
820 {
821         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
822
823         for_each_entity(entity) {
824                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
825
826                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
827                         /*
828                          * entity is still active, because either
829                          * next_in_service or in_service_entity is not
830                          * NULL (see the comments on the definition of
831                          * next_in_service for details on why
832                          * in_service_entity must be checked too).
833                          *
834                          * As a consequence, its parent entities are
835                          * active as well, and thus this loop must
836                          * stop here.
837                          */
838                         break;
839                 }
840
841                 /*
842                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
843                  * not performed immediately upon the deactivation of
844                  * entity, but it is delayed to when it also happens
845                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
846                  * all its pending requests completed. The following
847                  * instructions perform this delayed decrement, if
848                  * needed. See the comments on
849                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
850                  */
851                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
852                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
853                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
854                 }
855         }
856
857         /*
858          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
859          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
860          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
861          * function invocation.
862          */
863         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
864                                   &bfqd->queue_weights_tree);
865 }
866
867 /*
868  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
869  */
870 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
871                                       struct request *last)
872 {
873         struct request *rq;
874
875         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
876                 return NULL;
877
878         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
879
880         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
881
882         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
883                 return NULL;
884
885         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
886         return rq;
887 }
888
889 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
890                                         struct bfq_queue *bfqq,
891                                         struct request *last)
892 {
893         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
894         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
895         struct request *next, *prev = NULL;
896
897         /* Follow expired path, else get first next available. */
898         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
899         if (next)
900                 return next;
901
902         if (rbprev)
903                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
904
905         if (rbnext)
906                 next = rb_entry_rq(rbnext);
907         else {
908                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
909                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
910                         next = rb_entry_rq(rbnext);
911         }
912
913         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
914 }
915
916 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
917 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
918                                         struct bfq_queue *bfqq)
919 {
920         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
921             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
922                 return blk_rq_sectors(rq);
923
924         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
925 }
926
927 /**
928  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
929  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
930  * @bfqq: the queue to update.
931  *
932  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
933  * has enough budget to serve at least its first request (if the
934  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
935  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
936  * rounds to actually get it dispatched.
937  */
938 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
939                                  struct bfq_queue *bfqq)
940 {
941         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
942         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
943         unsigned long new_budget;
944
945         if (!next_rq)
946                 return;
947
948         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
949                 /*
950                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
951                  * changed after an entity has been selected.
952                  */
953                 return;
954
955         new_budget = max_t(unsigned long,
956                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
957                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
958                            entity->service);
959         if (entity->budget != new_budget) {
960                 entity->budget = new_budget;
961                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
962                                          new_budget);
963                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
964         }
965 }
966
967 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
968 {
969         u64 dur;
970
971         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
972                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
973
974         dur = bfqd->rate_dur_prod;
975         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
976
977         /*
978          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
979          * has been conservatively set after the following worst case:
980          * on a QEMU/KVM virtual machine
981          * - running in a slow PC
982          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
983          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
984          *   of several files
985          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
986          *
987          * As for higher values than that accommodating the above bad
988          * scenario, tests show that higher values would often yield
989          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
990          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
991          * preserve weight raising for too long.
992          *
993          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
994          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
995          * before weight-raising finishes.
996          */
997         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
998 }
999
1000 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1001 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1002                                           struct bfq_data *bfqd)
1003 {
1004         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1005         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1006         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1007 }
1008
1009 static void
1010 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1011                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1012 {
1013         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1014         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1015
1016         if (bic->saved_has_short_ttime)
1017                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1018         else
1019                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1020
1021         if (bic->saved_IO_bound)
1022                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1023         else
1024                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1025
1026         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1027         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1028         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1029
1030         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1031         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1032         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1033         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1034         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1035         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1036         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1037         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1038         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1039
1040         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1041             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1042                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1043                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1044                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1045                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1046                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1047                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1048                 } else {
1049                         bfqq->wr_coeff = 1;
1050                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1051                                      "resume state: switching off wr");
1052                 }
1053         }
1054
1055         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1056         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1057
1058         if (likely(!busy))
1059                 return;
1060
1061         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1062                 bfqd->wr_busy_queues++;
1063         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1064                 bfqd->wr_busy_queues--;
1065 }
1066
1067 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1068 {
1069         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1070                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1071 }
1072
1073 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1074 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1075 {
1076         struct bfq_queue *item;
1077         struct hlist_node *n;
1078
1079         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1080                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1081
1082         /*
1083          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1084          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1085          * bfq_handle_burst().
1086          */
1087         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1088                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1089                 bfqd->burst_size = 1;
1090         } else
1091                 bfqd->burst_size = 0;
1092
1093         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1094 }
1095
1096 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1097 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1098 {
1099         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1100         bfqd->burst_size++;
1101
1102         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1103                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1104                 struct hlist_node *n;
1105
1106                 /*
1107                  * Enough queues have been activated shortly after each
1108                  * other to consider this burst as large.
1109                  */
1110                 bfqd->large_burst = true;
1111
1112                 /*
1113                  * We can now mark all queues in the burst list as
1114                  * belonging to a large burst.
1115                  */
1116                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1117                                      burst_list_node)
1118                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1119                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1120
1121                 /*
1122                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1123                  * new queue being activated shortly after the last queue
1124                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1125                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1126                  * needed any more. Remove it.
1127                  */
1128                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1129                                           burst_list_node)
1130                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1131         } else /*
1132                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1133                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1134                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1135                 * in put_queue.
1136                 */
1137                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1142  * shortly after each other, then the processes associated with these
1143  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1144  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1145  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1146  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1147  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1148  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1149  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1150  *
1151  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1152  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1153  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1154  * treated in a different way.
1155  *
1156  * The above services or applications benefit mostly from a high
1157  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1158  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1159  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1160  * which also implies idling the device for it, is almost always
1161  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1162  * these new queues from. If there no other active queues, then
1163  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1164  * cases.
1165  *
1166  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1167  * the start of an application that does not consist of a lot of
1168  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1169  * several short processes may need to be executed to start-up the
1170  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1171  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1172  * related to the application with respect to all other
1173  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1174  * an application that causes a burst of queue creations is to
1175  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1176  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1177  *
1178  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1179  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1180  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1181  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1182  * larger size than that threshold are apparently caused by
1183  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1184  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1185  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1186  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1187  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1188  * exact choice depends on the device and request pattern at
1189  * hand.
1190  *
1191  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1192  * is starting (e.g., an application is being started). The
1193  * consequence is that the queues associated with the task do not
1194  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1195  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1196  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1197  *
1198  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1199  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1200  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1201  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1202  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1203  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1204  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1205  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1206  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1207  * large. The main steps are the following.
1208  *
1209  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1210  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1211  *
1212  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1213  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1214  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1215  *   Q to the burst list
1216  *
1217  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1218  *   the large-burst threshold, then
1219  *
1220  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1221  *       large burst
1222  *
1223  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1224  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1225  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1226  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1227  *
1228  *     . the device enters a large-burst mode
1229  *
1230  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1231  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1232  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1233  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1234  *   as belonging to a large burst.
1235  *
1236  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1237  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1238  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1239  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1240  *
1241  *        . the large-burst mode is reset if set
1242  *
1243  *        . the burst list is emptied
1244  *
1245  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1246  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1247  *          after this step).
1248  */
1249 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1250 {
1251         /*
1252          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1253          * burst, or finally has just been split, then there is
1254          * nothing else to do.
1255          */
1256         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1257             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1258             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1259                                      msecs_to_jiffies(10)))
1260                 return;
1261
1262         /*
1263          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1264          * a different group than the burst group, then the current
1265          * burst is finished, and related data structures must be
1266          * reset.
1267          *
1268          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1269          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1270          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1271          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1272          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1273          * following condition is true, bfqq will end up being
1274          * inserted into the burst list. In particular the list will
1275          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1276          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1277          * burst.
1278          */
1279         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1280             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1281             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1282                 bfqd->large_burst = false;
1283                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1284                 goto end;
1285         }
1286
1287         /*
1288          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1289          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1290          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1291          */
1292         if (bfqd->large_burst) {
1293                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1294                 goto end;
1295         }
1296
1297         /*
1298          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1299          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1300          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1301          */
1302         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1303 end:
1304         /*
1305          * At this point, bfqq either has been added to the current
1306          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1307          * possible new burst to start. In particular, in the second
1308          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1309          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1310          * forward.
1311          */
1312         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1313 }
1314
1315 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1316 {
1317         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1318
1319         return entity->budget - entity->service;
1320 }
1321
1322 /*
1323  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1324  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1325  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1326  */
1327 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1328 {
1329         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1330                 return bfq_default_max_budget;
1331         else
1332                 return bfqd->bfq_max_budget;
1333 }
1334
1335 /*
1336  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1337  * max budget (trying with 1/32)
1338  */
1339 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1340 {
1341         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1342                 return bfq_default_max_budget / 32;
1343         else
1344                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1345 }
1346
1347 /*
1348  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1349  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1350  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1351  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1352  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1353  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1354  * goals below.
1355  *
1356  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1357  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1358  * expired for one of the following two reasons:
1359  *
1360  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1361  *   and did not make it to issue a new request before its last
1362  *   request was served;
1363  *
1364  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1365  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1366  *
1367  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1368  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1369  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1370  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1371  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1372  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1373  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1374  * one full budget of another queue before being served again, then
1375  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1376  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1377  * to be taken.
1378  *
1379  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1380  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1381  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1382  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1383  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1384  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1385  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1386  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1387  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1388  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1389  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1390  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1391  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1392  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1393  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1394  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1395  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1396  * on this tricky aspect).
1397  *
1398  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1399  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1400  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1401  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1402  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1403  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1404  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1405  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1406  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1407  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1408  * causing a little loss of bandwidth.
1409  *
1410  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1411  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1412  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1413  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1414  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1415  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1416  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1417  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1418  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1419  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1420  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1421  * __bfq_activate_entity.
1422  *
1423  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1424  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1425  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1426  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1427  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1428  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1429  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1430  * outstanding requests mentioned above.
1431  *
1432  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1433  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1434  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1435  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1436  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1437  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1438  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1439  * know whether preemption is needed without needing to update service
1440  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1441  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1442  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1443  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1444  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1445  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1446  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1447  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1448  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1449  * responsibility of handling the above case 2.
1450  */
1451 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1452                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1453                                                 bool arrived_in_time)
1454 {
1455         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1456
1457         /*
1458          * In the next compound condition, we check also whether there
1459          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1460          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1461          * would be expired immediately after being selected for
1462          * service. This would only cause useless overhead.
1463          */
1464         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1465             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1466                 /*
1467                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1468                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1469                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1470                  * cleared right after).
1471                  */
1472
1473                 /*
1474                  * In next assignment we rely on that either
1475                  * entity->service or entity->budget are not updated
1476                  * on expiration if bfqq is empty (see
1477                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1478                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1479                  * following statement therefore assigns to
1480                  * entity->budget the remaining budget on such an
1481                  * expiration.
1482                  */
1483                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1484                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1485                                        bfqq->max_budget);
1486
1487                 /*
1488                  * At this point, we have used entity->service to get
1489                  * the budget left (needed for updating
1490                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1491                  * reset entity->service. The latter must be reset
1492                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1493                  * the service it has received during its previous
1494                  * service slot(s).
1495                  */
1496                 entity->service = 0;
1497
1498                 return true;
1499         }
1500
1501         /*
1502          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1503          */
1504         entity->service = 0;
1505         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1506                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1507         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1508         return false;
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1513  * macros.
1514  */
1515 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1516 {
1517         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1518 }
1519
1520 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1521                                              struct bfq_queue *bfqq,
1522                                              unsigned int old_wr_coeff,
1523                                              bool wr_or_deserves_wr,
1524                                              bool interactive,
1525                                              bool in_burst,
1526                                              bool soft_rt)
1527 {
1528         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1529                 /* start a weight-raising period */
1530                 if (interactive) {
1531                         bfqq->service_from_wr = 0;
1532                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1533                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1534                 } else {
1535                         /*
1536                          * No interactive weight raising in progress
1537                          * here: assign minus infinity to
1538                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1539                          * that, at the end of the soft-real-time
1540                          * weight raising periods that is starting
1541                          * now, no interactive weight-raising period
1542                          * may be wrongly considered as still in
1543                          * progress (and thus actually started by
1544                          * mistake).
1545                          */
1546                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1547                                 bfq_smallest_from_now();
1548                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1549                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1550                         bfqq->wr_cur_max_time =
1551                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1552                 }
1553
1554                 /*
1555                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1556                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1557                  * scheduling-error component due to a too large
1558                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1559                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1560                  * too small budget either, to avoid increasing
1561                  * latency by causing too frequent expirations.
1562                  */
1563                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1564                                             bfqq->entity.budget,
1565                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1566         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1567                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1568                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1569                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1570                 } else if (in_burst)
1571                         bfqq->wr_coeff = 1;
1572                 else if (soft_rt) {
1573                         /*
1574                          * The application is now or still meeting the
1575                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1576                          * can then correctly and safely (re)charge
1577                          * the weight-raising duration for the
1578                          * application with the weight-raising
1579                          * duration for soft rt applications.
1580                          *
1581                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1582                          * before the weight-raising period for the
1583                          * application finishes, reduces the probability
1584                          * of the following negative scenario:
1585                          * 1) the weight of a soft rt application is
1586                          *    raised at startup (as for any newly
1587                          *    created application),
1588                          * 2) since the application is not interactive,
1589                          *    at a certain time weight-raising is
1590                          *    stopped for the application,
1591                          * 3) at that time the application happens to
1592                          *    still have pending requests, and hence
1593                          *    is destined to not have a chance to be
1594                          *    deemed soft rt before these requests are
1595                          *    completed (see the comments to the
1596                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1597                          *    for details on soft rt detection),
1598                          * 4) these pending requests experience a high
1599                          *    latency because the application is not
1600                          *    weight-raised while they are pending.
1601                          */
1602                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1603                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1604                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1605                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1606
1607                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1608                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1609                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1610                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1611                         }
1612                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1613                 }
1614         }
1615 }
1616
1617 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1618                                         struct bfq_queue *bfqq)
1619 {
1620         return bfqq->dispatched == 0 &&
1621                 time_is_before_jiffies(
1622                         bfqq->budget_timeout +
1623                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1624 }
1625
1626
1627 /*
1628  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1629  * weight than the in-service queue.
1630  */
1631 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1632                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1633 {
1634         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1635
1636         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1637                 return true;
1638
1639         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1640                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1641                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1642         } else {
1643                 if (bfqq->entity.parent)
1644                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1645                 else
1646                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1647                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1648                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1649                 else
1650                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1651         }
1652
1653         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1654 }
1655
1656 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1657
1658 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1659                                              struct bfq_queue *bfqq,
1660                                              int old_wr_coeff,
1661                                              struct request *rq,
1662                                              bool *interactive)
1663 {
1664         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1665                 bfqq_wants_to_preempt,
1666                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1667                 /*
1668                  * See the comments on
1669                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1670                  * details on the usage of the next variable.
1671                  */
1672                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1673                         bfqq->ttime.last_end_request +
1674                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1675
1676
1677         /*
1678          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1679          * - it is sync,
1680          * - it does not belong to a large burst,
1681          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1682          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1683          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1684          *   to control its weight explicitly)
1685          */
1686         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1687         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1688                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1689                 !in_burst &&
1690                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1691                 bfqq->dispatched == 0 &&
1692                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1693         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1694                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1695         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1696                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1697                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1698                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1699
1700         /*
1701          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1702          * may want to preempt the in-service queue.
1703          */
1704         bfqq_wants_to_preempt =
1705                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1706                                                     arrived_in_time);
1707
1708         /*
1709          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1710          * idle for much more than an interactive queue, then we
1711          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1712          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1713          * to be treated as a queue belonging to a burst
1714          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1715          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1716          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1717          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1718          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1719          * a burst.
1720          */
1721         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1722             idle_for_long_time &&
1723             time_is_before_jiffies(
1724                     bfqq->budget_timeout +
1725                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1726                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1727                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1728         }
1729
1730         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1731
1732         if (bfqd->low_latency) {
1733                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1734                         /* wraparound */
1735                         bfqq->split_time =
1736                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1737
1738                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1739                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1740                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1741                                                          old_wr_coeff,
1742                                                          wr_or_deserves_wr,
1743                                                          *interactive,
1744                                                          in_burst,
1745                                                          soft_rt);
1746
1747                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1748                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1749                 }
1750         }
1751
1752         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1753         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1754         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1755
1756         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1757
1758         /*
1759          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1760          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1761          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1762          * recover a service hole, as explained in the comments on
1763          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1764          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1765          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1766          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1767          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1768          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1769          * critical, as the in-service queue.
1770          *
1771          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1772          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1773          * condition does not hold, we don't care because, even if
1774          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1775          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1776          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1777          *
1778          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1779          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1780          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1781          * useless preemptions, the return value of
1782          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1783          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1784          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1785          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1786          * timestamps of the in-service queue would need to be
1787          * updated, and this operation is quite costly (see the
1788          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1789          *
1790          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1791          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1792          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1793          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1794          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1795          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1796          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1797          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1798          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1799          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1800          */
1801         if (bfqd->in_service_queue &&
1802             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1803               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1804              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1805              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1806             next_queue_may_preempt(bfqd))
1807                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1808                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1809 }
1810
1811 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1812                                    struct bfq_queue *bfqq)
1813 {
1814         /* invalidate baseline total service time */
1815         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1816
1817         /*
1818          * Reset pointer in case we are waiting for
1819          * some request completion.
1820          */
1821         bfqd->waited_rq = NULL;
1822
1823         /*
1824          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1825          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1826          * an injected I/O request may be higher than the think time
1827          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1828          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1829          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1830          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1831          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1832          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1833          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1834          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1835          * expired. This is the very pattern that gives the
1836          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1837          * injection on request service times, and then to update the
1838          * limit accordingly.
1839          *
1840          * However, in the following special case, the inject limit is
1841          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1842          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1843          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1844          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1845          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1846          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1847          * throughput, as explained in detail in the comments in
1848          * bfq_update_has_short_ttime().
1849          *
1850          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1851          * start directly by 1, because:
1852          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1853          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1854          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1855          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1856          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1857          * expire before getting its next request. With this request
1858          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1859          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1860          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1861          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1862          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1863          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1864          * further reduces chances to actually compute the baseline
1865          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1866          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1867          * than 1.
1868          */
1869         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1870                 bfqq->inject_limit = 0;
1871         else
1872                 bfqq->inject_limit = 1;
1873
1874         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1875 }
1876
1877 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
1878 {
1879         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
1880
1881         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
1882                 bfqq->tot_idle_time +=
1883                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
1884
1885         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
1886                 return;
1887
1888         /*
1889          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
1890          * considered I/O bound.
1891          */
1892         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
1893                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1894         else
1895                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1896
1897         /*
1898          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
1899          * from now.
1900          */
1901         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
1902                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
1903                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
1904         }
1905 }
1906
1907 /*
1908  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
1909  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
1910  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
1911  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
1912  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
1913  * queue.
1914  *
1915  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
1916  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
1917  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
1918  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1919  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
1920  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
1921  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
1922  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
1923  * in bfq_select_queue().
1924  *
1925  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed
1926  * as a waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq
1927  * happens to become non empty right after a request of Q has been
1928  * completed. In particular, on the first time, Q is tentatively set
1929  * as a candidate waker queue, while on the third consecutive time
1930  * that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm
1931  * that Q is a waker queue for bfqq. These detection steps are
1932  * performed only if bfqq has a long think time, so as to make it more
1933  * likely that bfqq's I/O is actually being blocked by a
1934  * synchronization. This last filter, plus the above three-times
1935  * requirement, make false positives less likely.
1936  *
1937  * NOTE
1938  *
1939  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
1940  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
1941  * detection is likely to be actually fast, for the following
1942  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
1943  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
1944  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
1945  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
1946  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
1947  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
1948  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
1949  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
1950  *
1951  * ISSUE
1952  *
1953  * On queue merging all waker information is lost.
1954  */
1955 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1956                             u64 now_ns)
1957 {
1958         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
1959             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
1960             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
1961             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
1962             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq->waker_bfqq)
1963                 return;
1964
1965         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
1966             bfqq->tentative_waker_bfqq) {
1967                 /*
1968                  * First synchronization detected with a
1969                  * candidate waker queue, or with a different
1970                  * candidate waker queue from the current one.
1971                  */
1972                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
1973                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
1974                 bfqq->num_waker_detections = 1;
1975         } else /* Same tentative waker queue detected again */
1976                 bfqq->num_waker_detections++;
1977
1978         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
1979                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
1980                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
1981
1982                 /*
1983                  * If the waker queue disappears, then
1984                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
1985                  * this goal, we maintain in each
1986                  * waker queue a list, woken_list, of
1987                  * all the queues that reference the
1988                  * waker queue through their
1989                  * waker_bfqq pointer. When the waker
1990                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
1991                  * of all the queues in the woken_list
1992                  * is reset.
1993                  *
1994                  * In addition, if bfqq is already in
1995                  * the woken_list of a waker queue,
1996                  * then, before being inserted into
1997                  * the woken_list of a new waker
1998                  * queue, bfqq must be removed from
1999                  * the woken_list of the old waker
2000                  * queue.
2001                  */
2002                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2003                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2004                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2005                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2006         }
2007 }
2008
2009 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2010 {
2011         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2012         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2013         struct request *next_rq, *prev;
2014         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2015         bool interactive = false;
2016         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2017
2018         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2019         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2020         bfqd->queued++;
2021
2022         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2023                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2024
2025                 /*
2026                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2027                  * the latter eventually drops in case workload
2028                  * changes, see step (3) in the comments on
2029                  * bfq_update_inject_limit().
2030                  */
2031                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2032                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2033                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2034
2035                 /*
2036                  * The following conditions must hold to setup a new
2037                  * sampling of total service time, and then a new
2038                  * update of the inject limit:
2039                  * - bfqq is in service, because the total service
2040                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2041                  *   the queues in service;
2042                  * - this is the right occasion to compute or to
2043                  *   lower the baseline total service time, because
2044                  *   there are actually no requests in the drive,
2045                  *   or
2046                  *   the baseline total service time is available, and
2047                  *   this is the right occasion to compute the other
2048                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2049                  *   the total service time caused by the amount of
2050                  *   injection allowed by the current value of the
2051                  *   limit. It is the right occasion because injection
2052                  *   has actually been performed during the service
2053                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2054                  *   which are very likely to be exactly the injected
2055                  *   requests, or part of them;
2056                  * - the minimum interval for sampling the total
2057                  *   service time and updating the inject limit has
2058                  *   elapsed.
2059                  */
2060                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2061                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2062                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2063                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2064                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2065                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2066                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2067                         /*
2068                          * Start the state machine for measuring the
2069                          * total service time of rq: setting
2070                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2071                          * be set when rq will be dispatched.
2072                          */
2073                         bfqd->wait_dispatch = true;
2074                         /*
2075                          * If there is no I/O in service in the drive,
2076                          * then possible injection occurred before the
2077                          * arrival of rq will not affect the total
2078                          * service time of rq. So the injection limit
2079                          * must not be updated as a function of such
2080                          * total service time, unless new injection
2081                          * occurs before rq is completed. To have the
2082                          * injection limit updated only in the latter
2083                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2084                          * will be set in case injection is performed
2085                          * on bfqq before rq is completed).
2086                          */
2087                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2088                                 bfqd->rqs_injected = false;
2089                 }
2090         }
2091
2092         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2093                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2094
2095         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2096
2097         /*
2098          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2099          */
2100         prev = bfqq->next_rq;
2101         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2102         bfqq->next_rq = next_rq;
2103
2104         /*
2105          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2106          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2107          */
2108         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2109                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2110
2111         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2112                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2113                                                  rq, &interactive);
2114         else {
2115                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2116                     time_is_before_jiffies(
2117                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2118                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2119                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2120                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2121
2122                         bfqd->wr_busy_queues++;
2123                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2124                 }
2125                 if (prev != bfqq->next_rq)
2126                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2127         }
2128
2129         /*
2130          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2131          * cases:
2132          *
2133          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2134          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2135          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2136          *   of information is used only for deciding whether to
2137          *   weight-raise async queues
2138          *
2139          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2140          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2141          *   stores the time when weight-raising starts
2142          *
2143          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2144          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2145          *   period must start or restart (this case is considered
2146          *   separately because it is not detected by the above
2147          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2148          *
2149          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2150          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2151          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2152          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2153          * needed.
2154          */
2155         if (bfqd->low_latency &&
2156                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2157                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2158 }
2159
2160 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2161                                           struct bio *bio,
2162                                           struct request_queue *q)
2163 {
2164         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2165
2166
2167         if (bfqq)
2168                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2169
2170         return NULL;
2171 }
2172
2173 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2174 {
2175         if (last_pos)
2176                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2177
2178         return 0;
2179 }
2180
2181 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2182 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2183 {
2184         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2185
2186         bfqd->rq_in_driver++;
2187 }
2188
2189 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2190 {
2191         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2192
2193         bfqd->rq_in_driver--;
2194 }
2195 #endif
2196
2197 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2198                                struct request *rq)
2199 {
2200         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2201         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2202         const int sync = rq_is_sync(rq);
2203
2204         if (bfqq->next_rq == rq) {
2205                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2206                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2207         }
2208
2209         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2210                 list_del_init(&rq->queuelist);
2211         bfqq->queued[sync]--;
2212         bfqd->queued--;
2213         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2214
2215         elv_rqhash_del(q, rq);
2216         if (q->last_merge == rq)
2217                 q->last_merge = NULL;
2218
2219         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2220                 bfqq->next_rq = NULL;
2221
2222                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2223                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2224                         /*
2225                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2226                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2227                          * bfqq->entity.budget must contain,
2228                          * respectively, the service received and the
2229                          * budget used last time bfqq emptied. These
2230                          * facts do not hold in this case, as at least
2231                          * this last removal occurred while bfqq is
2232                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2233                          * reset both bfqq->entity.service and
2234                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2235                          * process that may issue I/O requests to it.
2236                          */
2237                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2238                 }
2239
2240                 /*
2241                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2242                  */
2243                 if (bfqq->pos_root) {
2244                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2245                         bfqq->pos_root = NULL;
2246                 }
2247         } else {
2248                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2249                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2250                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2251         }
2252
2253         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2254                 bfqq->meta_pending--;
2255
2256 }
2257
2258 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio,
2259                 unsigned int nr_segs)
2260 {
2261         struct request_queue *q = hctx->queue;
2262         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2263         struct request *free = NULL;
2264         /*
2265          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2266          * store its return value for later use, to avoid nesting
2267          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2268          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2269          * bfqd->lock is taken.
2270          */
2271         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2272         bool ret;
2273
2274         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2275
2276         if (bic)
2277                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2278         else
2279                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2280         bfqd->bio_bic = bic;
2281
2282         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2283
2284         if (free)
2285                 blk_mq_free_request(free);
2286         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2287
2288         return ret;
2289 }
2290
2291 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2292                              struct bio *bio)
2293 {
2294         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2295         struct request *__rq;
2296
2297         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2298         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2299                 *req = __rq;
2300                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2301         }
2302
2303         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2304 }
2305
2306 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2307
2308 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2309                                enum elv_merge type)
2310 {
2311         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2312             rb_prev(&req->rb_node) &&
2313             blk_rq_pos(req) <
2314             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2315                                     struct request, rb_node))) {
2316                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2317                 struct bfq_data *bfqd;
2318                 struct request *prev, *next_rq;
2319
2320                 if (!bfqq)
2321                         return;
2322
2323                 bfqd = bfqq->bfqd;
2324
2325                 /* Reposition request in its sort_list */
2326                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2327                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2328
2329                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2330                 prev = bfqq->next_rq;
2331                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2332                                          bfqd->last_position);
2333                 bfqq->next_rq = next_rq;
2334                 /*
2335                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2336                  * fit the new request and the queue's position in its
2337                  * rq_pos_tree.
2338                  */
2339                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2340                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2341                         /*
2342                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2343                          * the unlikely().
2344                          */
2345                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2346                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2347                 }
2348         }
2349 }
2350
2351 /*
2352  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2353  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2354  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2355  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2356  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2357  *
2358  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2359  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2360  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2361  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2362  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2363  * only by bfq_insert_request.
2364  */
2365 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2366                                 struct request *next)
2367 {
2368         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2369                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2370
2371         if (!bfqq)
2372                 return;
2373
2374         /*
2375          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2376          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2377          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2378          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2379          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2380          * which would most certainly be too expensive with respect to
2381          * the benefits.
2382          */
2383         if (bfqq == next_bfqq &&
2384             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2385             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2386                 list_del_init(&rq->queuelist);
2387                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2388                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2389         }
2390
2391         if (bfqq->next_rq == next)
2392                 bfqq->next_rq = rq;
2393
2394         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2395 }
2396
2397 /* Must be called with bfqq != NULL */
2398 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2399 {
2400         /*
2401          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2402          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2403          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2404          * a soft real-time application. Such an application actually
2405          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2406          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2407          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2408          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2409          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2410          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2411          * very long time.
2412          */
2413
2414         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2415             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2416                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2417
2418         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2419                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2420         bfqq->wr_coeff = 1;
2421         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2422         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2423         /*
2424          * Trigger a weight change on the next invocation of
2425          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2426          */
2427         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2428 }
2429
2430 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2431                              struct bfq_group *bfqg)
2432 {
2433         int i, j;
2434
2435         for (i = 0; i < 2; i++)
2436                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2437                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2438                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2439         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2440                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2441 }
2442
2443 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2444 {
2445         struct bfq_queue *bfqq;
2446
2447         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2448
2449         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2450                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2451         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2452                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2453         bfq_end_wr_async(bfqd);
2454
2455         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2456 }
2457
2458 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2459 {
2460         if (request)
2461                 return blk_rq_pos(io_struct);
2462         else
2463                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2464 }
2465
2466 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2467                                   sector_t sector)
2468 {
2469         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2470                BFQQ_CLOSE_THR;
2471 }
2472
2473 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2474                                          struct bfq_queue *bfqq,
2475                                          sector_t sector)
2476 {
2477         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2478         struct rb_node *parent, *node;
2479         struct bfq_queue *__bfqq;
2480
2481         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2482                 return NULL;
2483
2484         /*
2485          * First, if we find a request starting at the end of the last
2486          * request, choose it.
2487          */
2488         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2489         if (__bfqq)
2490                 return __bfqq;
2491
2492         /*
2493          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2494          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2495          * next_request position).
2496          */
2497         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2498         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2499                 return __bfqq;
2500
2501         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2502                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2503         else
2504                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2505         if (!node)
2506                 return NULL;
2507
2508         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2509         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2510                 return __bfqq;
2511
2512         return NULL;
2513 }
2514
2515 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2516                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2517                                                    sector_t sector)
2518 {
2519         struct bfq_queue *bfqq;
2520
2521         /*
2522          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2523          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2524          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2525          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2526          * the best possible order for throughput.
2527          */
2528         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2529         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2530                 return NULL;
2531
2532         return bfqq;
2533 }
2534
2535 static struct bfq_queue *
2536 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2537 {
2538         int process_refs, new_process_refs;
2539         struct bfq_queue *__bfqq;
2540
2541         /*
2542          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2543          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2544          * may have dropped their last reference (not just their last process
2545          * reference).
2546          */
2547         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2548                 return NULL;
2549
2550         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2551         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2552                 if (__bfqq == bfqq)
2553                         return NULL;
2554                 new_bfqq = __bfqq;
2555         }
2556
2557         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2558         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2559         /*
2560          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2561          * sense in merging the queues.
2562          */
2563         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2564                 return NULL;
2565
2566         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2567                 new_bfqq->pid);
2568
2569         /*
2570          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2571          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2572          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2573          * first time that the requests of some process are redirected to
2574          * it.
2575          *
2576          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2577          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2578          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2579          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2580          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2581          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2582          *
2583          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2584          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2585          * best option, as we feed the in-service queue with new
2586          * requests close to the last request served and, by doing so,
2587          * are likely to increase the throughput.
2588          */
2589         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2590         new_bfqq->ref += process_refs;
2591         return new_bfqq;
2592 }
2593
2594 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2595                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2596 {
2597         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2598                 return false;
2599
2600         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2601             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2602                 return false;
2603
2604         /*
2605          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2606          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2607          * sequential I/O.
2608          */
2609         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2610                 return false;
2611
2612         /*
2613          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2614          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2615          * queues.
2616          */
2617         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2618                 return false;
2619
2620         return true;
2621 }
2622
2623 /*
2624  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2625  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2626  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2627  * structure otherwise.
2628  *
2629  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2630  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2631  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2632  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2633  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2634  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2635  *
2636  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2637  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2638  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2639  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2640  * requests than the ones produced by its originally-associated
2641  * process.
2642  */
2643 static struct bfq_queue *
2644 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2645                      void *io_struct, bool request)
2646 {
2647         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2648
2649         /*
2650          * Do not perform queue merging if the device is non
2651          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2652          * device reaches a high speed through internal parallelism
2653          * and pipelining. This means that, to reach a high
2654          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2655          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2656          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2657          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2658          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2659          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2660          * the throughput reached by the device is likely to be the
2661          * same, with and without queue merging.
2662          *
2663          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2664          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2665          * artificially more uneven, because of shared queues
2666          * remaining non empty for incomparably more time than
2667          * non-merged queues. This may accentuate workload
2668          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2669          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2670          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2671          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2672          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2673          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2674          *
2675          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2676          * of the two branches is more likely than the other, but to
2677          * have the code path after the following if() executed as
2678          * fast as possible for the case of a non rotational device
2679          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2680          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2681          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2682          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2683          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2684          * all.
2685          */
2686         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2687                 return NULL;
2688
2689         /*
2690          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2691          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2692          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2693          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2694          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2695          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2696          * probability that two non-cooperating processes, which just
2697          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2698          * their queues merged by mistake.
2699          */
2700         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2701                 return NULL;
2702
2703         if (bfqq->new_bfqq)
2704                 return bfqq->new_bfqq;
2705
2706         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2707                 return NULL;
2708
2709         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2710         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2711                 return NULL;
2712
2713         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2714
2715         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2716             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2717             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2718                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2719             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2720             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2721                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2722                 if (new_bfqq)
2723                         return new_bfqq;
2724         }
2725         /*
2726          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2727          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2728          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2729          */
2730         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2731                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2732
2733         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2734             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2735                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2736
2737         return NULL;
2738 }
2739
2740 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2741 {
2742         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2743
2744         /*
2745          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2746          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2747          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2748          */
2749         if (!bic)
2750                 return;
2751
2752         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
2753         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
2754         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
2755
2756         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2757         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2758         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2759         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2760         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
2761         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
2762         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2763         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2764         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2765                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2766                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2767                 /*
2768                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2769                  * would have deserved interactive weight raising, but
2770                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2771                  * because of this early merge. Store directly the
2772                  * weight-raising state that would have been assigned
2773                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2774                  * to enjoy weight raising if split soon.
2775                  */
2776                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2777                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2778                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2779                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2780         } else {
2781                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2782                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2783                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2784                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
2785                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2786                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2787         }
2788 }
2789
2790 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2791 {
2792         /*
2793          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2794          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2795          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2796          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2797          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2798          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2799          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2800          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2801          * never happen.
2802          */
2803         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2804             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2805                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2806
2807         bfq_put_queue(bfqq);
2808 }
2809
2810 static void
2811 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2812                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2813 {
2814         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2815                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2816         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2817         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2818         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2819         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2820                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2821         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2822
2823         /*
2824          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2825          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2826          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2827          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2828          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2829          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2830          * easy, thanks to the flag just_created.
2831          */
2832         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2833                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2834                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2835                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2836                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2837                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2838                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2839                         bfqd->wr_busy_queues++;
2840                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2841         }
2842
2843         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2844                 bfqq->wr_coeff = 1;
2845                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2846                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2847                         bfqd->wr_busy_queues--;
2848         }
2849
2850         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2851                      bfqd->wr_busy_queues);
2852
2853         /*
2854          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2855          */
2856         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2857         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2858         /*
2859          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2860          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2861          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2862          *   be set to NULL, or
2863          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2864          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2865          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2866          *   assignment causes no harm).
2867          */
2868         new_bfqq->bic = NULL;
2869         /*
2870          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
2871          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
2872          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
2873          * because it reports a random pid between those of the associated
2874          * processes.
2875          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
2876          * a pid in logging messages.
2877          */
2878         new_bfqq->pid = -1;
2879         bfqq->bic = NULL;
2880         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
2881 }
2882
2883 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2884                                 struct bio *bio)
2885 {
2886         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2887         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2888         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2889
2890         /*
2891          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2892          */
2893         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2894                 return false;
2895
2896         /*
2897          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2898          * merge only if rq is queued there.
2899          */
2900         if (!bfqq)
2901                 return false;
2902
2903         /*
2904          * We take advantage of this function to perform an early merge
2905          * of the queues of possible cooperating processes.
2906          */
2907         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2908         if (new_bfqq) {
2909                 /*
2910                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2911                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2912                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
2913                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2914                  * and bfqq can be put.
2915                  */
2916                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2917                                 new_bfqq);
2918                 /*
2919                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2920                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2921                  * merged.
2922                  */
2923                 bfqq = new_bfqq;
2924
2925                 /*
2926                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2927                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2928                  * this function may be invoked again (and then may
2929                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2930                  */
2931                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2932         }
2933
2934         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2935 }
2936
2937 /*
2938  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2939  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2940  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2941  * processes.
2942  */
2943 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2944                                    struct bfq_queue *bfqq)
2945 {
2946         unsigned int timeout_coeff;
2947
2948         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2949                 timeout_coeff = 1;
2950         else
2951                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2952
2953         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2954
2955         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2956                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2957 }
2958
2959 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2960                                        struct bfq_queue *bfqq)
2961 {
2962         if (bfqq) {
2963                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2964
2965                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2966
2967                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2968                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2969                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2970                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2971                         /*
2972                          * For soft real-time queues, move the start
2973                          * of the weight-raising period forward by the
2974                          * time the queue has not received any
2975                          * service. Otherwise, a relatively long
2976                          * service delay is likely to cause the
2977                          * weight-raising period of the queue to end,
2978                          * because of the short duration of the
2979                          * weight-raising period of a soft real-time
2980                          * queue.  It is worth noting that this move
2981                          * is not so dangerous for the other queues,
2982                          * because soft real-time queues are not
2983                          * greedy.
2984                          *
2985                          * To not add a further variable, we use the
2986                          * overloaded field budget_timeout to
2987                          * determine for how long the queue has not
2988                          * received service, i.e., how much time has
2989                          * elapsed since the queue expired. However,
2990                          * this is a little imprecise, because
2991                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2992                          * not only expires, but also remains with no
2993                          * request.
2994                          */
2995                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2996                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2997                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2998                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2999                         else
3000                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3001                 }
3002
3003                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3004                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3005                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3006                              bfqq->entity.budget);
3007         }
3008
3009         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3010         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3011 }
3012
3013 /*
3014  * Get and set a new queue for service.
3015  */
3016 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3017 {
3018         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3019
3020         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3021         return bfqq;
3022 }
3023
3024 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3025 {
3026         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3027         u32 sl;
3028
3029         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3030
3031         /*
3032          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3033          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3034          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3035          */
3036         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3037         /*
3038          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3039          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3040          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3041          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3042          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3043          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3044          * needed if the queue has a higher weight than some other
3045          * queue).
3046          */
3047         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3048             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3049                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3050         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3051                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3052
3053         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3054         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3055
3056         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3057                       HRTIMER_MODE_REL);
3058         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3059 }
3060
3061 /*
3062  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3063  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3064  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3065  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3066  * this maximises throughput with sequential workloads.
3067  */
3068 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3069 {
3070         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3071                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3072 }
3073
3074 /*
3075  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3076  * function of the estimated peak rate. See comments on
3077  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3078  */
3079 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3080 {
3081         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3082                 bfqd->bfq_max_budget =
3083                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3084                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3085         }
3086 }
3087
3088 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3089                                        struct request *rq)
3090 {
3091         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3092                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3093                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3094                 bfqd->sequential_samples = 0;
3095                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3096                         blk_rq_sectors(rq);
3097         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3098                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3099
3100         bfq_log(bfqd,
3101                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3102                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3103                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3104 }
3105
3106 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3107 {
3108         u32 rate, weight, divisor;
3109
3110         /*
3111          * For the convergence property to hold (see comments on
3112          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3113          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3114          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3115          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3116          * for a new evaluation attempt.
3117          */
3118         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3119             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3120                 goto reset_computation;
3121
3122         /*
3123          * If a new request completion has occurred after last
3124          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3125          * have been served by the device, it is more precise to
3126          * extend the observation interval to the last completion.
3127          */
3128         bfqd->delta_from_first =
3129                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3130                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3131
3132         /*
3133          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3134          * precision issues.
3135          */
3136         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3137                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3138
3139         /*
3140          * Peak rate not updated if:
3141          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3142          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3143          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3144          */
3145         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3146              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3147                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3148                 goto reset_computation;
3149
3150         /*
3151          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3152          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3153          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3154          * measured rate.
3155          *
3156          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3157          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3158          * and to how long the observation time interval is.
3159          *
3160          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3161          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3162          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3163          * the measured rate contributes for half of the next value of
3164          * the estimated peak rate.
3165          *
3166          * So, the first step is to compute the weight as a function
3167          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3168          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3169          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3170          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3171          * incremented for the first sample.
3172          */
3173         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3174
3175         /*
3176          * Second step: further refine the weight as a function of the
3177          * duration of the observation interval.
3178          */
3179         weight = min_t(u32, 8,
3180                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3181                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3182
3183         /*
3184          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3185          * maximum weight.
3186          */
3187         divisor = 10 - weight;
3188
3189         /*
3190          * Finally, update peak rate:
3191          *
3192          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3193          */
3194         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3195         bfqd->peak_rate /= divisor;
3196         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3197
3198         bfqd->peak_rate += rate;
3199
3200         /*
3201          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3202          * the minimum representable values reported in the comments
3203          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3204          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3205          * divisor.
3206          */
3207         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3208
3209         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3210
3211 reset_computation:
3212         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3213 }
3214
3215 /*
3216  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3217  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3218  *
3219  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3220  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3221  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3222  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3223  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3224  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3225  * by the device.
3226  *
3227  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3228  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3229  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3230  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3231  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3232  * unknown, namely in-device request service rate.
3233  *
3234  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3235  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3236  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3237  * same requests are then served. But, since the size of any
3238  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3239  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3240  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3241  * closer and closer to the number of requests completed as the
3242  * observation interval grows. This is the key property used in
3243  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3244  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3245  * on every request dispatch.
3246  */
3247 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3248 {
3249         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3250
3251         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3252                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3253                         bfqd->peak_rate_samples);
3254                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3255                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3256         }
3257
3258         /*
3259          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3260          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3261          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3262          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3263          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3264          * taken:
3265          * - close the observation interval at the last (previous)
3266          *   request dispatch or completion
3267          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3268          * - start a new observation interval with this dispatch
3269          */
3270         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3271             bfqd->rq_in_driver == 0)
3272                 goto update_rate_and_reset;
3273
3274         /* Update sampling information */
3275         bfqd->peak_rate_samples++;
3276
3277         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3278                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3279             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3280                 bfqd->sequential_samples++;
3281
3282         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3283
3284         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3285         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3286                 bfqd->last_rq_max_size =
3287                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3288         else
3289                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3290
3291         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3292
3293         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3294         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3295                 goto update_last_values;
3296
3297 update_rate_and_reset:
3298         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3299 update_last_values:
3300         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3301         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3302                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3303         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3304 }
3305
3306 /*
3307  * Remove request from internal lists.
3308  */
3309 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3310 {
3311         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3312
3313         /*
3314          * For consistency, the next instruction should have been
3315          * executed after removing the request from the queue and
3316          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3317          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3318          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3319          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3320          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3321          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3322          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3323          * happens to be taken into account.
3324          */
3325         bfqq->dispatched++;
3326         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3327
3328         bfq_remove_request(q, rq);
3329 }
3330
3331 /*
3332  * There is a case where idling does not have to be performed for
3333  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3334  * the process associated with bfqq.
3335  *
3336  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3337  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3338  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3339  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3340  * actual request service order. In particular, the critical
3341  * situation is when requests from different processes happen
3342  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3343  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3344  * the service order of the internally-queued requests, does
3345  * determine also the actual throughput distribution among
3346  * these processes. But the drive typically has no notion or
3347  * concern about per-process throughput distribution, and
3348  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3349  * the service distribution enforced by the drive's internal
3350  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3351  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3352  * skewed scenario where:
3353  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3354  *       the others,
3355  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3356  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3357  *       throughput than any of the other processes;
3358  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3359  *       terms of locality (sequential or random), direction
3360  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3361  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3362
3363  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3364  * of each process in about the same way as the requests of the
3365  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3366  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3367  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3368  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3369  * bfqq.
3370  *
3371  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3372  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3373  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3374  * (see [1] for details).
3375  *
3376  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3377  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3378  * example is sync random I/O on flash storage with command
3379  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3380  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3381  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3382  * service guarantees.
3383  *
3384  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3385  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3386  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3387  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3388  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3389  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3390  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3391  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3392  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3393  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3394  * some request already dispatched but still waiting for
3395  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3396  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3397  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3398  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3399  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3400  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3401  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3402  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3403  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3404  * bi-modal behavior, implemented in the function
3405  * bfq_asymmetric_scenario().
3406  *
3407  * If there are groups with requests waiting for completion
3408  * (as commented above, some of these groups may even be
3409  * already inactive), then the scenario is tagged as
3410  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3411  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3412  * This behavior matches also the fact that groups are created
3413  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3414  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3415  *
3416  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3417  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3418  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3419  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3420  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3421  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3422  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3423  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3424  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3425  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3426  * have the same weight.
3427  *
3428  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3429  * risk of getting less throughput than its fair share.
3430  * However, for queues with the same weight, a further
3431  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3432  * problem. And it does so without consequences on overall
3433  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3434  * in the next three paragraphs.
3435  *
3436  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3437  * can still preempt the new in-service queue if the next
3438  * request of Q arrives soon (see the comments on
3439  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3440  * groups have the same weight, this form of preemption,
3441  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3442  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3443  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3444  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3445  * idling allows the internal queues of the device to contain
3446  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3447  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3448  * minimum of mid-term fairness.
3449  *
3450  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3451  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3452  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3453  * that there are two queues with the same weight, but that
3454  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3455  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3456  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3457  * most one request at a time, which implies that each queue
3458  * always remains idle after it is served. Finally, after
3459  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3460  * request. It follows that the two queues are served
3461  * alternatively, preempting each other if needed. This
3462  * implies that, although both queues have the same weight,
3463  * the queue with large requests receives a service that is
3464  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3465  * queue.
3466  *
3467  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3468  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3469  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3470  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3471  * there is no active group, then the primary expectation for
3472  * this device is probably a high throughput.
3473  *
3474  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3475  * additional compound condition that is checked below for deciding
3476  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3477  * sub-condition, we need to add that the function
3478  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3479  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3480  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3481  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3482  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3483  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3484  * requests waiting for completion happen to be
3485  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3486  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3487  * weight raising.
3488  *
3489  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3490  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3491  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3492  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3493  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3494  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3495  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3496  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3497  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3498  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3499  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3500  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3501  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3502  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3503  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3504  * lose because of this delay.
3505  *
3506  * As a side note, it is worth considering that the above
3507  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3508  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3509  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3510  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3511  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3512  * may become impossible to make requests be served in the desired
3513  * order until all the requests already queued in the device have been
3514  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3515  * this problem for weight-raised queues.
3516  *
3517  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3518  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3519  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3520  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3521  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3522  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3523  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3524  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3525  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3526  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3527  * be served. In particular, event (2) may case even already
3528  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3529  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3530  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3531  */
3532 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3533                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3534 {
3535         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3536
3537         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3538         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3539                 return false;
3540
3541         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3542                 (bfqd->wr_busy_queues <
3543                  tot_busy_queues ||
3544                  bfqd->rq_in_driver >=
3545                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3546                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3547                 tot_busy_queues == 1;
3548 }
3549
3550 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3551                               enum bfqq_expiration reason)
3552 {
3553         /*
3554          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3555          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3556          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3557          * break the queues apart again.
3558          */
3559         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3560                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3561
3562         /*
3563          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3564          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3565          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3566          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3567          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3568          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3569          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3570          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3571          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3572          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3573          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3574          */
3575         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3576             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3577               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3578                 if (bfqq->dispatched == 0)
3579                         /*
3580                          * Overloading budget_timeout field to store
3581                          * the time at which the queue remains with no
3582                          * backlog and no outstanding request; used by
3583                          * the weight-raising mechanism.
3584                          */
3585                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3586
3587                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3588         } else {
3589                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3590                 /*
3591                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3592                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3593                  */
3594                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3595                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3596                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3597         }
3598
3599         /*
3600          * All in-service entities must have been properly deactivated
3601          * or requeued before executing the next function, which
3602          * resets all in-service entities as no more in service. This
3603          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3604          * function returns true.
3605          */
3606         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3607 }
3608
3609 /**
3610  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3611  * @bfqd: device data.
3612  * @bfqq: queue to update.
3613  * @reason: reason for expiration.
3614  *
3615  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3616  * See the body for detailed comments.
3617  */
3618 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3619                                      struct bfq_queue *bfqq,
3620                                      enum bfqq_expiration reason)
3621 {
3622         struct request *next_rq;
3623         int budget, min_budget;
3624
3625         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3626
3627         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3628                 budget = bfqq->max_budget;
3629         else /*
3630               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3631               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3632               * than the minimum possible budget, to cause a little
3633               * bit fewer expirations.
3634               */
3635                 budget = 2 * min_budget;
3636
3637         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3638                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3639         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3640                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3641         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3642                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3643
3644         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3645                 switch (reason) {
3646                 /*
3647                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3648                  * for throughput.
3649                  */
3650                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3651                         /*
3652                          * This is the only case where we may reduce
3653                          * the budget: if there is no request of the
3654                          * process still waiting for completion, then
3655                          * we assume (tentatively) that the timer has
3656                          * expired because the batch of requests of
3657                          * the process could have been served with a
3658                          * smaller budget.  Hence, betting that
3659                          * process will behave in the same way when it
3660                          * becomes backlogged again, we reduce its
3661                          * next budget.  As long as we guess right,
3662                          * this budget cut reduces the latency
3663                          * experienced by the process.
3664                          *
3665                          * However, if there are still outstanding
3666                          * requests, then the process may have not yet
3667                          * issued its next request just because it is
3668                          * still waiting for the completion of some of
3669                          * the still outstanding ones.  So in this
3670                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3671                          * contrary we increase it to possibly boost
3672                          * the throughput, as discussed in the
3673                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3674                          */
3675                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3676                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3677                         else {
3678                                 if (budget > 5 * min_budget)
3679                                         budget -= 4 * min_budget;
3680                                 else
3681                                         budget = min_budget;
3682                         }
3683                         break;
3684                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3685                         /*
3686                          * We double the budget here because it gives
3687                          * the chance to boost the throughput if this
3688                          * is not a seeky process (and has bumped into
3689                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3690                          */
3691                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3692                         break;
3693                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3694                         /*
3695                          * The process still has backlog, and did not
3696                          * let either the budget timeout or the disk
3697                          * idling timeout expire. Hence it is not
3698                          * seeky, has a short thinktime and may be
3699                          * happy with a higher budget too. So
3700                          * definitely increase the budget of this good
3701                          * candidate to boost the disk throughput.
3702                          */
3703                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3704                         break;
3705                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3706                         /*
3707                          * For queues that expire for this reason, it
3708                          * is particularly important to keep the
3709                          * budget close to the actual service they
3710                          * need. Doing so reduces the timestamp
3711                          * misalignment problem described in the
3712                          * comments in the body of
3713                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3714                          * that a queue systematically expires for
3715                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3716                          * new request in time to enjoy timestamp
3717                          * back-shifting. The larger the budget of the
3718                          * queue is with respect to the service the
3719                          * queue actually requests in each service
3720                          * slot, the more times the queue can be
3721                          * reactivated with the same virtual finish
3722                          * time. It follows that, even if this finish
3723                          * time is pushed to the system virtual time
3724                          * to reduce the consequent timestamp
3725                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3726                          * many re-activations a lower finish time
3727                          * than all newly activated queues.
3728                          *
3729                          * The service needed by bfqq is measured
3730                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3731                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3732                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3733                          * of sectors that the process associated with
3734                          * bfqq requested to read/write before waiting
3735                          * for request completions, or blocking for
3736                          * other reasons.
3737                          */
3738                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3739                         break;
3740                 default:
3741                         return;
3742                 }
3743         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3744                 /*
3745                  * Async queues get always the maximum possible
3746                  * budget, as for them we do not care about latency
3747                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3748                  * by the charging factor).
3749                  */
3750                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3751         }
3752
3753         bfqq->max_budget = budget;
3754
3755         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3756             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3757                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3758
3759         /*
3760          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3761          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3762          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3763          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3764          * update.
3765          *
3766          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3767          * it will be updated on the arrival of a new request.
3768          */
3769         next_rq = bfqq->next_rq;
3770         if (next_rq)
3771                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3772                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3773
3774         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3775                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3776                         bfqq->entity.budget);
3777 }
3778
3779 /*
3780  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3781  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3782  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3783  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3784  * on the function bfq_bfqq_expire().
3785  *
3786  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3787  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3788  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3789  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3790  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3791  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3792  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3793  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3794  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3795  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3796  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3797  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3798  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3799  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3800  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3801  * finishes.
3802  *
3803  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3804  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3805  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3806  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3807  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3808  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3809  */
3810 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3811                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3812                                  unsigned long *delta_ms)
3813 {
3814         ktime_t delta_ktime;
3815         u32 delta_usecs;
3816         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3817
3818         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3819                 return false;
3820
3821         if (compensate)
3822                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3823         else
3824                 delta_ktime = ktime_get();
3825         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3826         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3827
3828         /* don't use too short time intervals */
3829         if (delta_usecs < 1000) {
3830                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3831                          /*
3832                           * give same worst-case guarantees as idling
3833                           * for seeky
3834                           */
3835                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3836                 else /* charge at least one seek */
3837                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3838
3839                 return slow;
3840         }
3841
3842         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3843
3844         /*
3845          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3846          * spikes in service rate estimation.
3847          */
3848         if (delta_usecs > 20000) {
3849                 /*
3850                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3851                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3852                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3853                  * rate is likely to be an average over the disk
3854                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3855                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3856                  * its rate has been lower than half of the estimated
3857                  * peak rate.
3858                  */
3859                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3860         }
3861
3862         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3863
3864         return slow;
3865 }
3866
3867 /*
3868  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3869  * requirements. First, the application must not require an average
3870  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3871  * record a compressed high-definition video.
3872  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3873  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3874  * that, if the next request of the application does not arrive before
3875  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3876  *
3877  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3878  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3879  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3880  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3881  * and so on.
3882  * For this reason the next function is invoked to compute
3883  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3884  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3885  * not.
3886  *
3887  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3888  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3889  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3890  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3891  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3892  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3893  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3894  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3895  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3896  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3897  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3898  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3899  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3900  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3901  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3902  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3903  *
3904  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3905  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3906  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3907  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3908  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3909  *     the return value of this function with the current time plus
3910  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3911  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3912  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3913  *     real-time application spends some time processing data, after a
3914  *     batch of its requests has been completed.
3915  *
3916  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3917  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3918  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3919  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3920  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3921  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3922  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3923  *     time intervals are usually interspersed between other time
3924  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3925  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3926  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3927  *     function happen to be so high, near the end of any such
3928  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3929  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3930  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3931  *     this function. As a consequence, if the last value of
3932  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3933  *     next value that this function may return, then, from the very
3934  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3935  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3936  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3937  *     to soon for the application to be deemed as soft
3938  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3939  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3940  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3941  *
3942  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3943  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3944  * application, if the reference quantity was just
3945  * bfqd->bfq_slice_idle:
3946  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3947  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3948  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3949  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3950  *    is rather lower than the exact value.
3951  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3952  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3953  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3954  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3955  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3956  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3957  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3958  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3959  */
3960 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3961                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3962 {
3963         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3964                     bfqq->last_idle_bklogged +
3965                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3966                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3967                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3968 }
3969
3970 /**
3971  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3972  * @bfqd: device owning the queue.
3973  * @bfqq: the queue to expire.
3974  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3975  * @reason: the reason causing the expiration.
3976  *
3977  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3978  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3979  * in service instead of the service it has received (see
3980  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3981  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3982  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3983  * received more service than what it has actually received. In the
3984  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3985  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3986  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3987  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3988  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3989  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3990  *
3991  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3992  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3993  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3994  * guarantees among the latter.
3995  */
3996 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3997                      struct bfq_queue *bfqq,
3998                      bool compensate,
3999                      enum bfqq_expiration reason)
4000 {
4001         bool slow;
4002         unsigned long delta = 0;
4003         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4004
4005         /*
4006          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4007          */
4008         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4009
4010         /*
4011          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4012          * timed-out queues with the time and not the service
4013          * received, to favor sequential workloads.
4014          *
4015          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4016          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4017          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4018          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4019          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4020          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4021          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4022          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4023          * or quasi-sequential processes.
4024          */
4025         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4026             (slow ||
4027              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4028               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4029                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4030
4031         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4032                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4033
4034         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4035             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4036                 /*
4037                  * If we get here, and there are no outstanding
4038                  * requests, then the request pattern is isochronous
4039                  * (see the comments on the function
4040                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4041                  * compute soft_rt_next_start.
4042                  *
4043                  * If, instead, the queue still has outstanding
4044                  * requests, then we have to wait for the completion
4045                  * of all the outstanding requests to discover whether
4046                  * the request pattern is actually isochronous.
4047                  */
4048                 if (bfqq->dispatched == 0)
4049                         bfqq->soft_rt_next_start =
4050                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4051                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4052                         /*
4053                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4054                          * the task may be discovered to be isochronous.
4055                          */
4056                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4057                 }
4058         }
4059
4060         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4061                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4062                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4063
4064         /*
4065          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4066          * any longer: reset state machine for measuring total service
4067          * times.
4068          */
4069         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4070         bfqd->waited_rq = NULL;
4071
4072         /*
4073          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4074          * reason.
4075          */
4076         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4077         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4078                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4079                 return;
4080
4081         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4082         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4083             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4084             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4085                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4086                 /*
4087                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4088                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4089                  * service with this same budget (as if it never expired)
4090                  */
4091         } else
4092                 entity->service = 0;
4093
4094         /*
4095          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4096          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4097          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4098          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4099          * chance to go on being served using the last, partially
4100          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4101          * because if bfqq then actually goes on being served using
4102          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4103          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4104          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4105          * to keep entity->service for parent entities too, because
4106          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4107          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4108          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4109          * service with the same budget.
4110          */
4111         entity = entity->parent;
4112         for_each_entity(entity)
4113                 entity->service = 0;
4114 }
4115
4116 /*
4117  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4118  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4119  * idle timer expirations.
4120  */
4121 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4122 {
4123         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4124 }
4125
4126 /*
4127  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4128  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4129  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4130  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4131  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4132  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4133  */
4134 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4135 {
4136         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4137                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4138                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4139                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4140                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4141
4142         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4143                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4144                 &&
4145                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4146 }
4147
4148 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4149                                              struct bfq_queue *bfqq)
4150 {
4151         bool rot_without_queueing =
4152                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4153                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4154                 idling_boosts_thr;
4155
4156         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4157         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4158                 return false;
4159
4160         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4161                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4162
4163         /*
4164          * The next variable takes into account the cases where idling
4165          * boosts the throughput.
4166          *
4167          * The value of the variable is computed considering, first, that
4168          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4169          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4170          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4171          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4172          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4173          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4174          *     I/O-bound and sequential.
4175          *
4176          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4177          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4178          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4179          * the throughput in proportion to how fast the device
4180          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4181          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4182          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4183          * flash-based device.
4184          */
4185         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4186                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4187                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4188
4189         /*
4190          * The return value of this function is equal to that of
4191          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4192          * special case, described below, idling may cause problems to
4193          * weight-raised queues.
4194          *
4195          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4196          * of write hogs), if the processes associated with
4197          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4198          * then processes associated with weight-raised queues have a
4199          * higher probability to get a request from the pool
4200          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4201          * they have a higher probability to actually get a fraction
4202          * of the device throughput proportional to their high
4203          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4204          * which enqueue several requests in advance, and further
4205          * reorder internally-queued requests.
4206          *
4207          * For this reason, we force to false the return value if
4208          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4209          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4210          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4211          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4212          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4213          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4214          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4215          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4216          * requests from the request pool, before the busy
4217          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4218          * starvation problems in the presence of heavy write
4219          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4220          * application and system responsiveness in these hostile
4221          * scenarios.
4222          */
4223         return idling_boosts_thr &&
4224                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4225 }
4226
4227 /*
4228  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4229  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4230  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4231  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4232  * critical role as well.
4233  *
4234  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4235  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4236  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4237  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4238  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4239  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4240  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4241  * issue.
4242  *
4243  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4244  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4245  * functions providing the main pieces of information needed by this
4246  * function.
4247  */
4248 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4249 {
4250         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4251         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4252
4253         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4254         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4255                 return false;
4256
4257         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4258                 return true;
4259
4260         /*
4261          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4262          * do not idle if
4263          * (a) bfqq is async
4264          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4265          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4266          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4267          */
4268         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4269            bfq_class_idle(bfqq))
4270                 return false;
4271
4272         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4273                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4274
4275         idling_needed_for_service_guar =
4276                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4277
4278         /*
4279          * We have now the two components we need to compute the
4280          * return value of the function, which is true only if idling
4281          * either boosts the throughput (without issues), or is
4282          * necessary to preserve service guarantees.
4283          */
4284         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4285                 idling_needed_for_service_guar;
4286 }
4287
4288 /*
4289  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4290  * returns true, then:
4291  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4292  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4293  *    request for the queue.
4294  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4295  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4296  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4297  * returns true.
4298  */
4299 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4300 {
4301         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4302 }
4303
4304 /*
4305  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4306  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4307  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4308  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4309  * below.
4310  */
4311 static struct bfq_queue *
4312 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4313 {
4314         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4315         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4316         /*
4317          * If
4318          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4319          *   time-critical I/O,
4320          * or
4321          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4322          *   however a long think time, during which it can absorb the
4323          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4324          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4325          *   details on the computation of this number);
4326          * then injection can be performed without restrictions.
4327          */
4328         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4329                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4330
4331         /*
4332          * If
4333          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4334          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4335          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4336          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4337          *   significantly;
4338          * then temporarily raise inject limit to one request.
4339          */
4340         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4341             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4342             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4343                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4344                 )
4345                 limit = 1;
4346
4347         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4348                 return NULL;
4349
4350         /*
4351          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4352          * a high probability, very few steps are needed to find a
4353          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4354          * its next request. In fact:
4355          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4356          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4357          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4358          *   service, then the queue is removed from the active list
4359          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4360          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4361          */
4362         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4363                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4364                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4365                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4366                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4367                         /*
4368                          * Allow for only one large in-flight request
4369                          * on non-rotational devices, for the
4370                          * following reason. On non-rotationl drives,
4371                          * large requests take much longer than
4372                          * smaller requests to be served. In addition,
4373                          * the drive prefers to serve large requests
4374                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4375                          * having more than one large requests queued
4376                          * in the drive may easily make the next first
4377                          * request of the in-service queue wait for so
4378                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4379                          * the bright side, large requests let the
4380                          * drive reach a very high throughput, even if
4381                          * there is only one in-flight large request
4382                          * at a time.
4383                          */
4384                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4385                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4386                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4387                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4388                         else
4389                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4390
4391                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4392                                 bfqd->rqs_injected = true;
4393                                 return bfqq;
4394                         }
4395                 }
4396
4397         return NULL;
4398 }
4399
4400 /*
4401  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4402  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4403  */
4404 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4405 {
4406         struct bfq_queue *bfqq;
4407         struct request *next_rq;
4408         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4409
4410         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4411         if (!bfqq)
4412                 goto new_queue;
4413
4414         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4415
4416         /*
4417          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4418          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4419          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4420          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4421          * bfq_completed_request().
4422          */
4423         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4424             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4425                 goto expire;
4426
4427 check_queue:
4428         /*
4429          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4430          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4431          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4432          * request served.
4433          */
4434         next_rq = bfqq->next_rq;
4435         /*
4436          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4437          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4438          */
4439         if (next_rq) {
4440                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4441                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4442                         /*
4443                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4444                          * which makes sure that the next budget is
4445                          * enough to serve the next request, even if
4446                          * it comes from the fifo expired path.
4447                          */
4448                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4449                         goto expire;
4450                 } else {
4451                         /*
4452                          * The idle timer may be pending because we may
4453                          * not disable disk idling even when a new request
4454                          * arrives.
4455                          */
4456                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4457                                 /*
4458                                  * If we get here: 1) at least a new request
4459                                  * has arrived but we have not disabled the
4460                                  * timer because the request was too small,
4461                                  * 2) then the block layer has unplugged
4462                                  * the device, causing the dispatch to be
4463                                  * invoked.
4464                                  *
4465                                  * Since the device is unplugged, now the
4466                                  * requests are probably large enough to
4467                                  * provide a reasonable throughput.
4468                                  * So we disable idling.
4469                                  */
4470                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4471                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4472                         }
4473                         goto keep_queue;
4474                 }
4475         }
4476
4477         /*
4478          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4479          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4480          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4481          *
4482          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4483          * throughput and is possible.
4484          */
4485         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4486             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4487                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4488                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4489                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4490                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4491                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4492
4493                 /*
4494                  * The next three mutually-exclusive ifs decide
4495                  * whether to try injection, and choose the queue to
4496                  * pick an I/O request from.
4497                  *
4498                  * The first if checks whether the process associated
4499                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4500                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4501                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4502                  * process. On the contrary, it can only increase
4503                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4504                  *
4505                  * The second if checks whether there happens to be a
4506                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4507                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4508                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4509                  * a process that does some sync. A sync generates
4510                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4511                  * the process associated with bfqq can go on with its
4512                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4513                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4514                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4515                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4516                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4517                  * throughput. The best action to take is therefore to
4518                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4519                  * (without relying on the third alternative below for
4520                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4521                  * paragraph for further details). This systematic
4522                  * injection of I/O from the waker queue does not
4523                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4524                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4525                  * for it is not blocked for milliseconds.
4526                  *
4527                  * The third if checks whether bfqq is a queue for
4528                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4529                  * bfqq delivers more throughput when served without
4530                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4531                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4532                  * count more than overall throughput, and may be
4533                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4534                  * has a short think time). If none of these
4535                  * conditions holds, then a candidate queue for
4536                  * injection is looked for through
4537                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4538                  * latter may return NULL (for example if the inject
4539                  * limit for bfqq is currently 0).
4540                  *
4541                  * NOTE: motivation for the second alternative
4542                  *
4543                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4544                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4545                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4546                  * waker queue has pending I/O requests that are
4547                  * blocking bfqq's I/O, then the third alternative
4548                  * above lets the waker queue get served before the
4549                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4550                  * second alternative superfluous. It is not, because
4551                  * the third alternative may be way less effective in
4552                  * case of a synchronization. For two main
4553                  * reasons. First, throughput may be low because the
4554                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4555                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4556                  * other queues, that the second alternative
4557                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4558                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4559                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4560                  * third alternative, the duration of the plugging,
4561                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4562                  * may not be minimized, because the waker queue may
4563                  * happen to be served only after other queues.
4564                  */
4565                 if (async_bfqq &&
4566                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4567                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4568                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4569                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4570                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4571                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4572                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4573                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4574                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4575                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4576                         )
4577                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4578                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4579                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4580                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4581                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4582                 else
4583                         bfqq = NULL;
4584
4585                 goto keep_queue;
4586         }
4587
4588         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4589 expire:
4590         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4591 new_queue:
4592         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4593         if (bfqq) {
4594                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4595                 goto check_queue;
4596         }
4597 keep_queue:
4598         if (bfqq)
4599                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4600         else
4601                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4602
4603         return bfqq;
4604 }
4605
4606 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4607 {
4608         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4609
4610         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4611                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4612                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4613                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4614                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4615                         bfqq->wr_coeff,
4616                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4617
4618                 if (entity->prio_changed)
4619                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4620
4621                 /*
4622                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4623                  * time has elapsed from the beginning of this
4624                  * weight-raising period, then end weight raising.
4625                  */
4626                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4627                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4628                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4629                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4630                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4631                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4632                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4633                                 /*
4634                                  * Either in interactive weight
4635                                  * raising, or in soft_rt weight
4636                                  * raising with the
4637                                  * interactive-weight-raising period
4638                                  * elapsed (so no switch back to
4639                                  * interactive weight raising).
4640                                  */
4641                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4642                         } else { /*
4643                                   * soft_rt finishing while still in
4644                                   * interactive period, switch back to
4645                                   * interactive weight raising
4646                                   */
4647                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4648                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4649                         }
4650                 }
4651                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4652                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4653                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4654                         /* see comments on max_service_from_wr */
4655                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4656                 }
4657         }
4658         /*
4659          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4660          * update weight both if it must be raised and if it must be
4661          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4662          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4663          * next function with the last parameter unset (see the
4664          * comments on the function).
4665          */
4666         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4667                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4668                                                 entity, false);
4669 }
4670
4671 /*
4672  * Dispatch next request from bfqq.
4673  */
4674 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4675                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4676 {
4677         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4678         unsigned long service_to_charge;
4679
4680         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4681
4682         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4683
4684         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4685                 bfqd->wait_dispatch = false;
4686                 bfqd->waited_rq = rq;
4687         }
4688
4689         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4690
4691         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4692                 goto return_rq;
4693
4694         /*
4695          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4696          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4697          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4698          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4699          * weight-raised during this service slot, even if it has
4700          * received part or even most of the service as a
4701          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4702          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4703          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4704          */
4705         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4706
4707         /*
4708          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4709          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4710          * service.
4711          */
4712         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4713                 goto return_rq;
4714
4715         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4716
4717 return_rq:
4718         return rq;
4719 }
4720
4721 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4722 {
4723         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4724
4725         /*
4726          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4727          * most a call to dispatch for nothing
4728          */
4729         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4730                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4731 }
4732
4733 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4734 {
4735         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4736         struct request *rq = NULL;
4737         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4738
4739         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4740                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4741                                       queuelist);
4742                 list_del_init(&rq->queuelist);
4743
4744                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4745
4746                 if (bfqq) {
4747                         /*
4748                          * Increment counters here, because this
4749                          * dispatch does not follow the standard
4750                          * dispatch flow (where counters are
4751                          * incremented)
4752                          */
4753                         bfqq->dispatched++;
4754
4755                         goto inc_in_driver_start_rq;
4756                 }
4757
4758                 /*
4759                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4760                  * decrement rq_in_driver, but
4761                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4762                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4763                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4764                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4765                  * lower than it should be while this request is in
4766                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4767                  * invoked uselessly.
4768                  *
4769                  * As for implementing an exact solution, the
4770                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4771                  * probably invoked also on this request. So, by
4772                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4773                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4774                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4775                  * let the value of the counter be always accurate,
4776                  * but it would entail using an extra interface
4777                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4778                  * being the frequency of non-elevator-private
4779                  * requests very low.
4780                  */
4781                 goto start_rq;
4782         }
4783
4784         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4785                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4786
4787         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4788                 goto exit;
4789
4790         /*
4791          * Force device to serve one request at a time if
4792          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4793          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4794          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4795          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4796          * some unlucky request wait for as long as the device
4797          * wishes.
4798          *
4799          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
4800          * throughput.
4801          */
4802         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4803                 goto exit;
4804
4805         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4806         if (!bfqq)
4807                 goto exit;
4808
4809         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4810
4811         if (rq) {
4812 inc_in_driver_start_rq:
4813                 bfqd->rq_in_driver++;
4814 start_rq:
4815                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4816         }
4817 exit:
4818         return rq;
4819 }
4820
4821 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
4822 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4823                                       struct request *rq,
4824                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4825                                       bool idle_timer_disabled)
4826 {
4827         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4828
4829         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4830                 return;
4831
4832         /*
4833          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4834          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4835          * dispatched to the device, and then can be completed and
4836          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4837          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4838          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4839          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4840          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4841          *
4842          * In addition, the following queue lock guarantees that
4843          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4844          */
4845         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4846         if (idle_timer_disabled)
4847                 /*
4848                  * Since the idle timer has been disabled,
4849                  * in_serv_queue contained some request when
4850                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4851                  * implies that rq was picked exactly from
4852                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4853                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4854                  * arguments.
4855                  */
4856                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4857         if (bfqq) {
4858                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4859
4860                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4861                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4862                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4863         }
4864         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4865 }
4866 #else
4867 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4868                                              struct request *rq,
4869                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4870                                              bool idle_timer_disabled) {}
4871 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
4872
4873 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4874 {
4875         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4876         struct request *rq;
4877         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4878         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4879
4880         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4881
4882         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4883         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4884
4885         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4886
4887         idle_timer_disabled =
4888                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4889
4890         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4891
4892         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4893                                   idle_timer_disabled);
4894
4895         return rq;
4896 }
4897
4898 /*
4899  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4900  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4901  *
4902  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4903  * this function on it.
4904  */
4905 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4906 {
4907         struct bfq_queue *item;
4908         struct hlist_node *n;
4909         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4910
4911         if (bfqq->bfqd)
4912                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4913                              bfqq, bfqq->ref);
4914
4915         bfqq->ref--;
4916         if (bfqq->ref)
4917                 return;
4918
4919         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4920                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4921                 /*
4922                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4923                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4924                  * does not contribute to the burst any longer. This
4925                  * decrement helps filter out false positives of large
4926                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4927                  * the execution of commands by some service) happens
4928                  * to start and exit while a complex application is
4929                  * starting, and thus spawning several processes that
4930                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4931                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4932                  *
4933                  * In particular, the decrement is performed only if:
4934                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4935                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4936                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4937                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4938                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4939                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4940                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4941                  * the current burst list--without incrementing
4942                  * bust_size--because of a split, but the current
4943                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4944                  * (see comments on the case of a split in
4945                  * bfq_set_request).
4946                  */
4947                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4948                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4949         }
4950
4951         /*
4952          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
4953          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
4954          * must be removed from the woken list of its possible waker
4955          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
4956          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
4957          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
4958          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
4959          * particular, this happens when the last process associated
4960          * with bfqq exits or gets associated with a different
4961          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
4962          * and dangling references would come out only after bfqq gets
4963          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
4964          * way to handle all cases.
4965          */
4966         /* remove bfqq from woken list */
4967         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
4968                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
4969
4970         /* reset waker for all queues in woken list */
4971         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
4972                                   woken_list_node) {
4973                 item->waker_bfqq = NULL;
4974                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
4975         }
4976
4977         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
4978                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
4979
4980         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4981         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4982 }
4983
4984 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4985 {
4986         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4987
4988         /*
4989          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4990          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4991          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4992          */
4993         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4994         while (__bfqq) {
4995                 if (__bfqq == bfqq)
4996                         break;
4997                 next = __bfqq->new_bfqq;
4998                 bfq_put_queue(__bfqq);
4999                 __bfqq = next;
5000         }
5001 }
5002
5003 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5004 {
5005         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5006                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5007                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5008         }
5009
5010         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5011
5012         bfq_put_cooperator(bfqq);
5013
5014         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5015 }
5016
5017 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5018 {
5019         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5020         struct bfq_data *bfqd;
5021
5022         if (bfqq)
5023                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5024
5025         if (bfqq && bfqd) {
5026                 unsigned long flags;
5027
5028                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5029                 bfqq->bic = NULL;
5030                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5031                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5032                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5033         }
5034 }
5035
5036 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5037 {
5038         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5039
5040         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5041         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5042 }
5043
5044 /*
5045  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5046  * be used until the next (re)activation.
5047  */
5048 static void
5049 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5050 {
5051         struct task_struct *tsk = current;
5052         int ioprio_class;
5053         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5054
5055         if (!bfqd)
5056                 return;
5057
5058         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5059         switch (ioprio_class) {
5060         default:
5061                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5062                                 bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info),
5063                                 ioprio_class);
5064                 fallthrough;
5065         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5066                 /*
5067                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5068                  */
5069                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5070                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5071                 break;
5072         case IOPRIO_CLASS_RT:
5073                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5074                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5075                 break;
5076         case IOPRIO_CLASS_BE:
5077                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5078                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5079                 break;
5080         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5081                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5082                 bfqq->new_ioprio = 7;
5083                 break;
5084         }
5085
5086         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
5087                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5088                         bfqq->new_ioprio);
5089                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
5090         }
5091
5092         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5093         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5094                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5095         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5096 }
5097
5098 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5099                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5100                                        struct bfq_io_cq *bic);
5101
5102 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5103 {
5104         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5105         struct bfq_queue *bfqq;
5106         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5107
5108         /*
5109          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5110          * drop the lock before returning.
5111          */
5112         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5113                 return;
5114
5115         bic->ioprio = ioprio;
5116
5117         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5118         if (bfqq) {
5119                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5120                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
5121                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5122         }
5123
5124         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5125         if (bfqq)
5126                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5127 }
5128
5129 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5130                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5131 {
5132         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5133
5134         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5135         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5136         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5137         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5138         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5139
5140         bfqq->ref = 0;
5141         bfqq->bfqd = bfqd;
5142
5143         if (bic)
5144                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5145
5146         if (is_sync) {
5147                 /*
5148                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5149                  * idle_class, because no device idling is performed
5150                  * for queues in idle class
5151                  */
5152                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5153                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5154                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5155                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5156                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5157         } else
5158                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5159
5160         /* set end request to minus infinity from now */
5161         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5162
5163         bfqq->io_start_time = now_ns;
5164
5165         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5166
5167         bfqq->pid = pid;
5168
5169         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5170         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5171         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5172
5173         bfqq->wr_coeff = 1;
5174         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5175         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5176         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5177
5178         /*
5179          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5180          * process/queue in the recent past,
5181          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5182          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5183          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5184          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5185          * no bandwidth so far.
5186          */
5187         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5188
5189         /* first request is almost certainly seeky */
5190         bfqq->seek_history = 1;
5191 }
5192
5193 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5194                                                struct bfq_group *bfqg,
5195                                                int ioprio_class, int ioprio)
5196 {
5197         switch (ioprio_class) {
5198         case IOPRIO_CLASS_RT:
5199                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5200         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5201                 ioprio = IOPRIO_NORM;
5202                 fallthrough;
5203         case IOPRIO_CLASS_BE:
5204                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5205         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5206                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5207         default:
5208                 return NULL;
5209         }
5210 }
5211
5212 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5213                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5214                                        struct bfq_io_cq *bic)
5215 {
5216         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5217         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5218         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5219         struct bfq_queue *bfqq;
5220         struct bfq_group *bfqg;
5221
5222         rcu_read_lock();
5223
5224         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5225         if (!bfqg) {
5226                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5227                 goto out;
5228         }
5229
5230         if (!is_sync) {
5231                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5232                                                   ioprio);
5233                 bfqq = *async_bfqq;
5234                 if (bfqq)
5235                         goto out;
5236         }
5237
5238         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5239                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5240                                      bfqd->queue->node);
5241
5242         if (bfqq) {
5243                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5244                               is_sync);
5245                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5246                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5247         } else {
5248                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5249                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5250                 goto out;
5251         }
5252
5253         /*
5254          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5255          * prune it.
5256          */
5257         if (async_bfqq) {
5258                 bfqq->ref++; /*
5259                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5260                               * queue. This extra reference is removed
5261                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5262                               * guarantee that this queue is not freed
5263                               * until its group goes away.
5264                               */
5265                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5266                              bfqq, bfqq->ref);
5267                 *async_bfqq = bfqq;
5268         }
5269
5270 out:
5271         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5272         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5273         rcu_read_unlock();
5274         return bfqq;
5275 }
5276
5277 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5278                                     struct bfq_queue *bfqq)
5279 {
5280         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5281         u64 elapsed;
5282
5283         /*
5284          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5285          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5286          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5287          */
5288         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5289                 return;
5290         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5291         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5292
5293         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5294         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5295         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5296                                      ttime->ttime_samples);
5297 }
5298
5299 static void
5300 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5301                        struct request *rq)
5302 {
5303         bfqq->seek_history <<= 1;
5304         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5305
5306         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5307             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5308             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5309                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5310                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5311                         /*
5312                          * In soft_rt weight raising with the
5313                          * interactive-weight-raising period
5314                          * elapsed (so no switch back to
5315                          * interactive weight raising).
5316                          */
5317                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5318                 } else { /*
5319                           * stopping soft_rt weight raising
5320                           * while still in interactive period,
5321                           * switch back to interactive weight
5322                           * raising
5323                           */
5324                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5325                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5326                 }
5327         }
5328 }
5329
5330 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5331                                        struct bfq_queue *bfqq,
5332                                        struct bfq_io_cq *bic)
5333 {
5334         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5335
5336         /*
5337          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5338          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5339          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5340          */
5341         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5342             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5343                 return;
5344
5345         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5346         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5347                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5348                 return;
5349
5350         /* Think time is infinite if no process is linked to
5351          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5352          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5353          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5354          */
5355         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5356             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5357              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5358                 has_short_ttime = false;
5359
5360         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5361
5362         if (has_short_ttime)
5363                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5364         else
5365                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5366
5367         /*
5368          * Until the base value for the total service time gets
5369          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5370          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5371          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5372          * short or long (details in the comments in
5373          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5374          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5375          * has changed and the above base value is still to be
5376          * computed.
5377          *
5378          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5379          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5380          * (inclusive) if the change is from short to long think
5381          * time. The reason for this waiting is as follows.
5382          *
5383          * bfqq may have a long think time because of a
5384          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5385          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5386          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5387          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5388          *
5389          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5390          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5391          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5392          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5393          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5394          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5395          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5396          * and in a severe loss of total throughput.
5397          *
5398          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5399          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5400          * bfqq to receive new I/O soon.
5401          *
5402          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5403          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5404          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5405          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5406          * would cause the body of the next if to be executed
5407          * immediately. But this would set to 0 the inject
5408          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5409          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5410          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5411          * of such a steady oscillation between the two think-time
5412          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5413          *
5414          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5415          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5416          * think time samples can grow significantly before the reset
5417          * is performed. As a consequence, the think time state can
5418          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5419          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5420          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5421          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5422          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5423          *
5424          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5425          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5426          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5427          * (as explained in the comments in
5428          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5429          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5430          * an effective handling of a synchronization, through
5431          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5432          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5433          * brought forward, because it is not blocked for
5434          * milliseconds.
5435          *
5436          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5437          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5438          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5439          * waker queue is defined in the comments in
5440          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5441          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5442          * of the waker queue unconditionally on every
5443          * bfq_dispatch_request().
5444          *
5445          * One last, important benefit of not resetting the inject
5446          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5447          * base value for the total service time is likely to get
5448          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5449          * its relation with the think time.
5450          */
5451         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5452             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5453                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5454              !has_short_ttime))
5455                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5456 }
5457
5458 /*
5459  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5460  * something we should do about it.
5461  */
5462 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5463                             struct request *rq)
5464 {
5465         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5466                 bfqq->meta_pending++;
5467
5468         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5469
5470         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5471                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5472                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5473                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5474
5475                 /*
5476                  * There is just this request queued: if
5477                  * - the request is small, and
5478                  * - we are idling to boost throughput, and
5479                  * - the queue is not to be expired,
5480                  * then just exit.
5481                  *
5482                  * In this way, if the device is being idled to wait
5483                  * for a new request from the in-service queue, we
5484                  * avoid unplugging the device and committing the
5485                  * device to serve just a small request. In contrast
5486                  * we wait for the block layer to decide when to
5487                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5488                  * merged to this one quickly, then the device will be
5489                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5490                  */
5491                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5492                     !budget_timeout)
5493                         return;
5494
5495                 /*
5496                  * A large enough request arrived, or idling is being
5497                  * performed to preserve service guarantees, or
5498                  * finally the queue is to be expired: in all these
5499                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5500                  * wait_request flag and reset timer.
5501                  */
5502                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5503                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5504
5505                 /*
5506                  * The queue is not empty, because a new request just
5507                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5508                  * case of budget timeout, without risking that the
5509                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5510                  * See [1] for more details.
5511                  */
5512                 if (budget_timeout)
5513                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5514                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5515         }
5516 }
5517
5518 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5519 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5520 {
5521         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5522                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
5523         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5524
5525         if (new_bfqq) {
5526                 /*
5527                  * Release the request's reference to the old bfqq
5528                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5529                  */
5530                 new_bfqq->allocated++;
5531                 bfqq->allocated--;
5532                 new_bfqq->ref++;
5533                 /*
5534                  * If the bic associated with the process
5535                  * issuing this request still points to bfqq
5536                  * (and thus has not been already redirected
5537                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5538                  * then complete the merge and redirect it to
5539                  * new_bfqq.
5540                  */
5541                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5542                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5543                                         bfqq, new_bfqq);
5544
5545                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5546                 /*
5547                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5548                  * release rq reference on bfqq
5549                  */
5550                 bfq_put_queue(bfqq);
5551                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5552                 bfqq = new_bfqq;
5553         }
5554
5555         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5556         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5557         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5558
5559         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5560         bfq_add_request(rq);
5561         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5562
5563         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5564         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5565
5566         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5567
5568         return idle_timer_disabled;
5569 }
5570
5571 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5572 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5573                                     struct bfq_queue *bfqq,
5574                                     bool idle_timer_disabled,
5575                                     unsigned int cmd_flags)
5576 {
5577         if (!bfqq)
5578                 return;
5579
5580         /*
5581          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5582          * either it is merged with another queue, or the process it
5583          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5584          * the same process currently executing this flow of
5585          * instructions.
5586          *
5587          * In addition, the following queue lock guarantees that
5588          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5589          */
5590         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5591         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5592         if (idle_timer_disabled)
5593                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5594         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5595 }
5596 #else
5597 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5598                                            struct bfq_queue *bfqq,
5599                                            bool idle_timer_disabled,
5600                                            unsigned int cmd_flags) {}
5601 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5602
5603 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5604                                bool at_head)
5605 {
5606         struct request_queue *q = hctx->queue;
5607         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5608         struct bfq_queue *bfqq;
5609         bool idle_timer_disabled = false;
5610         unsigned int cmd_flags;
5611
5612 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5613         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
5614                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
5615 #endif
5616         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5617         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5618                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5619                 return;
5620         }
5621
5622         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5623
5624         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
5625
5626         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5627         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5628         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
5629                 if (at_head)
5630                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5631                 else
5632                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5633         } else {
5634                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
5635                 /*
5636                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
5637                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
5638                  * redirected into a new queue.
5639                  */
5640                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5641
5642                 if (rq_mergeable(rq)) {
5643                         elv_rqhash_add(q, rq);
5644                         if (!q->last_merge)
5645                                 q->last_merge = rq;
5646                 }
5647         }
5648
5649         /*
5650          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
5651          * may disappear afterwards (for example, because of a request
5652          * merge).
5653          */
5654         cmd_flags = rq->cmd_flags;
5655
5656         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5657
5658         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
5659                                 cmd_flags);
5660 }
5661
5662 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
5663                                 struct list_head *list, bool at_head)
5664 {
5665         while (!list_empty(list)) {
5666                 struct request *rq;
5667
5668                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
5669                 list_del_init(&rq->queuelist);
5670                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
5671         }
5672 }
5673
5674 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
5675 {
5676         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5677
5678         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
5679                                        bfqd->rq_in_driver);
5680
5681         if (bfqd->hw_tag == 1)
5682                 return;
5683
5684         /*
5685          * This sample is valid if the number of outstanding requests
5686          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
5687          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
5688          * requests.
5689          */
5690         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5691                 return;
5692
5693         /*
5694          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
5695          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
5696          * case
5697          */
5698         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
5699             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
5700             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
5701             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5702                 return;
5703
5704         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
5705                 return;
5706
5707         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
5708         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
5709         bfqd->hw_tag_samples = 0;
5710
5711         bfqd->nonrot_with_queueing =
5712                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
5713 }
5714
5715 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
5716 {
5717         u64 now_ns;
5718         u32 delta_us;
5719
5720         bfq_update_hw_tag(bfqd);
5721
5722         bfqd->rq_in_driver--;
5723         bfqq->dispatched--;
5724
5725         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
5726                 /*
5727                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
5728                  * time at which the queue remains with no backlog and
5729                  * no outstanding request; used by the weight-raising
5730                  * mechanism).
5731                  */
5732                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
5733
5734                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
5735         }
5736
5737         now_ns = ktime_get_ns();
5738
5739         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
5740
5741         /*
5742          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
5743          * computing rate in next check.
5744          */
5745         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
5746
5747         /*
5748          * If the request took rather long to complete, and, according
5749          * to the maximum request size recorded, this completion latency
5750          * implies that the request was certainly served at a very low
5751          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
5752          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
5753          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
5754          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
5755          * taken:
5756          * - close the observation interval at the last (previous)
5757          *   request dispatch or completion
5758          * - compute rate, if possible, for that observation interval
5759          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
5760          *   re-initialization of the observation interval on next
5761          *   dispatch
5762          */
5763         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
5764            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
5765                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
5766                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
5767         bfqd->last_completion = now_ns;
5768         bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
5769
5770         /*
5771          * If we are waiting to discover whether the request pattern
5772          * of the task associated with the queue is actually
5773          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
5774          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
5775          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
5776          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
5777          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
5778          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
5779          * expires, if it still has in-flight requests.
5780          */
5781         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
5782             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5783             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
5784                 bfqq->soft_rt_next_start =
5785                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
5786
5787         /*
5788          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
5789          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
5790          */
5791         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
5792                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
5793                         if (bfqq->dispatched == 0)
5794                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
5795                         /*
5796                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
5797                          * if bfqq was in budget timeout or had no
5798                          * more requests (as controlled in the next
5799                          * conditional instructions). The reason for
5800                          * not expiring bfqq is as follows.
5801                          *
5802                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
5803                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
5804                          * implies that, even if no request arrives
5805                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
5806                          * bfqq will, however, not be expired on the
5807                          * completion event that causes bfqq->dispatch
5808                          * to reach zero. In contrast, on this event,
5809                          * bfqq will start enjoying device idling
5810                          * (I/O-dispatch plugging).
5811                          *
5812                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
5813                          * not have the chance to enjoy device idling
5814                          * when bfqq->dispatched finally reaches
5815                          * zero. This would expose bfqq to violation
5816                          * of its reserved service guarantees.
5817                          */
5818                         return;
5819                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
5820                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5821                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5822                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5823                          (bfqq->dispatched == 0 ||
5824                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
5825                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5826                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
5827         }
5828
5829         if (!bfqd->rq_in_driver)
5830                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5831 }
5832
5833 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
5834 {
5835         bfqq->allocated--;
5836
5837         bfq_put_queue(bfqq);
5838 }
5839
5840 /*
5841  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
5842  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
5843  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
5844  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
5845  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
5846  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
5847  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
5848  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
5849  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
5850  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
5851  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
5852  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
5853  * and the device can only consume the I/O already queued in its
5854  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
5855  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
5856  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
5857  * of I/O flowing through bfqq.
5858  *
5859  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
5860  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
5861  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
5862  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
5863  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
5864  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
5865  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
5866  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
5867  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
5868  * completed---remains lower than this limit.
5869  *
5870  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
5871  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
5872  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
5873  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
5874  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
5875  * injection on the service times of only the first requests of
5876  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
5877  * requests whose service time is affected most, because they are the
5878  * first to arrive after injection possibly occurred.
5879  *
5880  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
5881  * "total service time" of first requests. We define as total service
5882  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
5883  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
5884  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
5885  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
5886  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
5887  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
5888  * part of the injected requests during the service hole, then,
5889  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
5890  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
5891  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
5892  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
5893  * before R, some extra request still present in its queues. As a
5894  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
5895  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
5896  * requests with and without injection.
5897  *
5898  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
5899  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
5900  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
5901  * case, it updates the limit as described below:
5902  *
5903  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
5904  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
5905  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
5906  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
5907  *     ground for the next case. If the baseline has already been
5908  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
5909  *     than the previous value.
5910  *
5911  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
5912  *     requests. By comparing the total service time in this case with
5913  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
5914  *     current value of the limit is inflating the total service
5915  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
5916  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
5917  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
5918  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
5919  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
5920  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
5921  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
5922  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
5923  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
5924  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
5925  *
5926  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
5927  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
5928  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
5929  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
5930  *     baseline total service time may have changed, without measuring
5931  *     it again without injection. A more effective version of this
5932  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
5933  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
5934  *     the total service time with the current limit does happen to be
5935  *     too large.
5936  *
5937  * More details on each step are provided in the comments on the
5938  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
5939  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
5940  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
5941  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
5942  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
5943  */
5944 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
5945                                     struct bfq_queue *bfqq)
5946 {
5947         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
5948         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
5949
5950         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
5951                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
5952
5953                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
5954                         bfqq->inject_limit--;
5955                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5956                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
5957                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
5958                         bfqq->inject_limit++;
5959         }
5960
5961         /*
5962          * Either we still have to compute the base value for the
5963          * total service time, and there seem to be the right
5964          * conditions to do it, or we can lower the last base value
5965          * computed.
5966          *
5967          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
5968          * request in flight, because this function is in the code
5969          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
5970          * in particular, this function is executed before
5971          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
5972          */
5973         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
5974             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
5975                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
5976                         /*
5977                          * Now we certainly have a base value: make sure we
5978                          * start trying injection.
5979                          */
5980                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
5981                 }
5982                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5983         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
5984                 /*
5985                  * No I/O injected and no request still in service in
5986                  * the drive: these are the exact conditions for
5987                  * computing the base value of the total service time
5988                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
5989                  * rather variable. For example, it varies if the size
5990                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
5991                  * change.
5992                  */
5993                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5994
5995
5996         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
5997         bfqd->waited_rq = NULL;
5998         bfqd->rqs_injected = false;
5999 }
6000
6001 /*
6002  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6003  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6004  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6005  * the scheduler.
6006  */
6007 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6008 {
6009         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6010         struct bfq_data *bfqd;
6011
6012         /*
6013          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6014          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6015          * a bfq_queue.
6016          */
6017         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6018                 return;
6019
6020         bfqd = bfqq->bfqd;
6021
6022         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6023                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6024                                              rq->start_time_ns,
6025                                              rq->io_start_time_ns,
6026                                              rq->cmd_flags);
6027
6028         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6029                 unsigned long flags;
6030
6031                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6032
6033                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6034                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6035
6036                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6037                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6038
6039                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6040         } else {
6041                 /*
6042                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
6043                  * in which case we need to remove it (this should
6044                  * never happen in case of requeue). And we cannot
6045                  * defer such a check and removal, to avoid
6046                  * inconsistencies in the time interval from the end
6047                  * of this function to the start of the deferred work.
6048                  * This situation seems to occur only in process
6049                  * context, as a consequence of a merge. In the
6050                  * current version of the code, this implies that the
6051                  * lock is held.
6052                  */
6053
6054                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
6055                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
6056                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
6057                                                     rq->cmd_flags);
6058                 }
6059                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6060         }
6061
6062         /*
6063          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6064          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6065          * invoked again on this same request (see the check at the
6066          * beginning of the function). Probably, a better general
6067          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6068          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6069          * referred by that elevator.
6070          *
6071          * Resetting the following fields would break the
6072          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6073          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6074          * that re-insertions of requeued requests, without
6075          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6076          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6077          * queues).
6078          */
6079         rq->elv.priv[0] = NULL;
6080         rq->elv.priv[1] = NULL;
6081 }
6082
6083 /*
6084  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6085  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6086  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6087  * was the last process referring to that bfqq.
6088  */
6089 static struct bfq_queue *
6090 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6091 {
6092         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6093
6094         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6095                 bfqq->pid = current->pid;
6096                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6097                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6098                 return bfqq;
6099         }
6100
6101         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6102
6103         bfq_put_cooperator(bfqq);
6104
6105         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6106         return NULL;
6107 }
6108
6109 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6110                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6111                                                    struct bio *bio,
6112                                                    bool split, bool is_sync,
6113                                                    bool *new_queue)
6114 {
6115         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6116
6117         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6118                 return bfqq;
6119
6120         if (new_queue)
6121                 *new_queue = true;
6122
6123         if (bfqq)
6124                 bfq_put_queue(bfqq);
6125         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
6126
6127         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6128         if (split && is_sync) {
6129                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6130                     bic->saved_in_large_burst)
6131                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6132                 else {
6133                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6134                         if (bic->was_in_burst_list)
6135                                 /*
6136                                  * If bfqq was in the current
6137                                  * burst list before being
6138                                  * merged, then we have to add
6139                                  * it back. And we do not need
6140                                  * to increase burst_size, as
6141                                  * we did not decrement
6142                                  * burst_size when we removed
6143                                  * bfqq from the burst list as
6144                                  * a consequence of a merge
6145                                  * (see comments in
6146                                  * bfq_put_queue). In this
6147                                  * respect, it would be rather
6148                                  * costly to know whether the
6149                                  * current burst list is still
6150                                  * the same burst list from
6151                                  * which bfqq was removed on
6152                                  * the merge. To avoid this
6153                                  * cost, if bfqq was in a
6154                                  * burst list, then we add
6155                                  * bfqq to the current burst
6156                                  * list without any further
6157                                  * check. This can cause
6158                                  * inappropriate insertions,
6159                                  * but rarely enough to not
6160                                  * harm the detection of large
6161                                  * bursts significantly.
6162                                  */
6163                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6164                                                &bfqd->burst_list);
6165                 }
6166                 bfqq->split_time = jiffies;
6167         }
6168
6169         return bfqq;
6170 }
6171
6172 /*
6173  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6174  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6175  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6176  * preparation.
6177  */
6178 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6179 {
6180         /*
6181          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6182          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6183          * previously allocated bic/bfqq structs.
6184          */
6185         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6186 }
6187
6188 /*
6189  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6190  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6191  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6192  * not associated with any bfq_queue.
6193  *
6194  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6195  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6196  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6197  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6198  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6199  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6200  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6201  * signal this transformation. As a consequence, should these
6202  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6203  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6204  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6205  * incremented some queue counters for an rq destined to
6206  * transformation, without any chance to correctly lower these
6207  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6208  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6209  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6210  */
6211 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6212 {
6213         struct request_queue *q = rq->q;
6214         struct bio *bio = rq->bio;
6215         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6216         struct bfq_io_cq *bic;
6217         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6218         struct bfq_queue *bfqq;
6219         bool new_queue = false;
6220         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6221
6222         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6223                 return NULL;
6224
6225         /*
6226          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6227          * for this rq. This holds true, because this function is
6228          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6229          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6230          * being removed from bfq.
6231          */
6232         if (rq->elv.priv[1])
6233                 return rq->elv.priv[1];
6234
6235         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6236
6237         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6238
6239         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6240
6241         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6242                                          &new_queue);
6243
6244         if (likely(!new_queue)) {
6245                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6246                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
6247                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
6248
6249                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6250                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6251                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6252
6253                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6254                         split = true;
6255
6256                         if (!bfqq)
6257                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6258                                                                  true, is_sync,
6259                                                                  NULL);
6260                         else
6261                                 bfqq_already_existing = true;
6262                 }
6263         }
6264
6265         bfqq->allocated++;
6266         bfqq->ref++;
6267         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6268                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6269
6270         rq->elv.priv[0] = bic;
6271         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6272
6273         /*
6274          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6275          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6276          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6277          * resume its state.
6278          */
6279         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6280                 bfqq->bic = bic;
6281                 if (split) {
6282                         /*
6283                          * The queue has just been split from a shared
6284                          * queue: restore the idle window and the
6285                          * possible weight raising period.
6286                          */
6287                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6288                                               bfqq_already_existing);
6289                 }
6290         }
6291
6292         /*
6293          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6294          * created queues only if:
6295          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6296          * or
6297          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6298          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6299          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6300          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6301          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6302          *    bfq_handle_burst().
6303          *
6304          * This filtering also helps eliminating false positives,
6305          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6306          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6307          * to trigger the creation of new queues very close to when
6308          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6309          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6310          * this issue.
6311          */
6312         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6313                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6314                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6315                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6316
6317         return bfqq;
6318 }
6319
6320 static void
6321 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6322 {
6323         enum bfqq_expiration reason;
6324         unsigned long flags;
6325
6326         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6327
6328         /*
6329          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6330          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6331          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6332          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6333          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6334          */
6335         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6336                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6337                 return;
6338         }
6339
6340         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6341
6342         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6343                 /*
6344                  * Also here the queue can be safely expired
6345                  * for budget timeout without wasting
6346                  * guarantees
6347                  */
6348                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6349         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6350                 /*
6351                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6352                  * because we may not disable the timer when the
6353                  * first request of the in-service queue arrives
6354                  * during disk idling.
6355                  */
6356                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6357         else
6358                 goto schedule_dispatch;
6359
6360         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6361
6362 schedule_dispatch:
6363         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6364         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6365 }
6366
6367 /*
6368  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6369  * is idling inside its time slice.
6370  */
6371 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6372 {
6373         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6374                                              idle_slice_timer);
6375         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6376
6377         /*
6378          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6379          * different from the queue that was idling if a new request
6380          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6381          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6382          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6383          * early.
6384          */
6385         if (bfqq)
6386                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6387
6388         return HRTIMER_NORESTART;
6389 }
6390
6391 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6392                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6393 {
6394         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6395
6396         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6397         if (bfqq) {
6398                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6399
6400                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6401                              bfqq, bfqq->ref);
6402                 bfq_put_queue(bfqq);
6403                 *bfqq_ptr = NULL;
6404         }
6405 }
6406
6407 /*
6408  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6409  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6410  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6411  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6412  */
6413 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6414 {
6415         int i, j;
6416
6417         for (i = 0; i < 2; i++)
6418                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
6419                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6420
6421         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6422 }
6423
6424 /*
6425  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6426  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6427  */
6428 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6429                                       struct sbitmap_queue *bt)
6430 {
6431         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6432
6433         /*
6434          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6435          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6436          *
6437          * In next formulas, right-shift the value
6438          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6439          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6440          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6441          * limit 'something'.
6442          */
6443         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6444         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6445         /*
6446          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6447          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6448          * writes)
6449          */
6450         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6451
6452         /*
6453          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6454          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6455          * highest percentage for which, in our tests, application
6456          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6457          * shortage.
6458          */
6459         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6460         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6461         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6462         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6463
6464         for (i = 0; i < 2; i++)
6465                 for (j = 0; j < 2; j++)
6466                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6467
6468         return min_shallow;
6469 }
6470
6471 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6472 {
6473         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6474         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6475         unsigned int min_shallow;
6476
6477         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, tags->bitmap_tags);
6478         sbitmap_queue_min_shallow_depth(tags->bitmap_tags, min_shallow);
6479 }
6480
6481 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6482 {
6483         bfq_depth_updated(hctx);
6484         return 0;
6485 }
6486
6487 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6488 {
6489         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6490         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6491
6492         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6493
6494         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6495         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6496                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6497         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6498
6499         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6500
6501         /* release oom-queue reference to root group */
6502         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6503
6504 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6505         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6506 #else
6507         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6508         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6509         kfree(bfqd->root_group);
6510         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6511 #endif
6512
6513         kfree(bfqd);
6514 }
6515
6516 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6517                                 struct bfq_data *bfqd)
6518 {
6519         int i;
6520
6521 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6522         root_group->entity.parent = NULL;
6523         root_group->my_entity = NULL;
6524         root_group->bfqd = bfqd;
6525 #endif
6526         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6527         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6528                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6529         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6530 }
6531
6532 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6533 {
6534         struct bfq_data *bfqd;
6535         struct elevator_queue *eq;
6536
6537         eq = elevator_alloc(q, e);
6538         if (!eq)
6539                 return -ENOMEM;
6540
6541         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6542         if (!bfqd) {
6543                 kobject_put(&eq->kobj);
6544                 return -ENOMEM;
6545         }
6546         eq->elevator_data = bfqd;
6547
6548         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6549         q->elevator = eq;
6550         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6551
6552         /*
6553          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6554          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6555          * will not attempt to free it.
6556          */
6557         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6558         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6559         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6560         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6561         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6562                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6563
6564         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6565         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6566
6567         /*
6568          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6569          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6570          * class won't be changed any more.
6571          */
6572         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6573
6574         bfqd->queue = q;
6575
6576         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6577
6578         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6579                      HRTIMER_MODE_REL);
6580         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
6581
6582         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
6583         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6584
6585         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6586         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6587         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6588
6589         bfqd->hw_tag = -1;
6590         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6591
6592         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6593
6594         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6595         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6596         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6597         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6598         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6599         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6600
6601         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6602         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6603
6604         bfqd->low_latency = true;
6605
6606         /*
6607          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6608          */
6609         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6610         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
6611         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
6612         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
6613         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
6614         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
6615                                               * Approximate rate required
6616                                               * to playback or record a
6617                                               * high-definition compressed
6618                                               * video.
6619                                               */
6620         bfqd->wr_busy_queues = 0;
6621
6622         /*
6623          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
6624          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
6625          */
6626         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
6627                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
6628         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
6629
6630         spin_lock_init(&bfqd->lock);
6631
6632         /*
6633          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
6634          * function is the head of a chain of function calls
6635          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
6636          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
6637          * has_work hook function. For this reason,
6638          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
6639          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
6640          * that can be initialized only after invoking
6641          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
6642          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
6643          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
6644          * from invoking further scheduler hooks before this init
6645          * function is finished.
6646          */
6647         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
6648         if (!bfqd->root_group)
6649                 goto out_free;
6650         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
6651         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
6652
6653         wbt_disable_default(q);
6654         return 0;
6655
6656 out_free:
6657         kfree(bfqd);
6658         kobject_put(&eq->kobj);
6659         return -ENOMEM;
6660 }
6661
6662 static void bfq_slab_kill(void)
6663 {
6664         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
6665 }
6666
6667 static int __init bfq_slab_setup(void)
6668 {
6669         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
6670         if (!bfq_pool)
6671                 return -ENOMEM;
6672         return 0;
6673 }
6674
6675 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
6676 {
6677         return sprintf(page, "%u\n", var);
6678 }
6679
6680 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
6681 {
6682         unsigned long new_val;
6683         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
6684
6685         if (ret)
6686                 return ret;
6687         *var = new_val;
6688         return 0;
6689 }
6690
6691 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
6692 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6693 {                                                                       \
6694         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6695         u64 __data = __VAR;                                             \
6696         if (__CONV == 1)                                                \
6697                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
6698         else if (__CONV == 2)                                           \
6699                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
6700         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6701 }
6702 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
6703 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
6704 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
6705 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
6706 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
6707 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
6708 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
6709 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
6710 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
6711 #undef SHOW_FUNCTION
6712
6713 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
6714 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6715 {                                                                       \
6716         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6717         u64 __data = __VAR;                                             \
6718         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
6719         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6720 }
6721 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
6722 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
6723
6724 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
6725 static ssize_t                                                          \
6726 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
6727 {                                                                       \
6728         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6729         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6730         int ret;                                                        \
6731                                                                         \
6732         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6733         if (ret)                                                        \
6734                 return ret;                                             \
6735         if (__data < __min)                                             \
6736                 __data = __min;                                         \
6737         else if (__data > __max)                                        \
6738                 __data = __max;                                         \
6739         if (__CONV == 1)                                                \
6740                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
6741         else if (__CONV == 2)                                           \
6742                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
6743         else                                                            \
6744                 *(__PTR) = __data;                                      \
6745         return count;                                                   \
6746 }
6747 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
6748                 INT_MAX, 2);
6749 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
6750                 INT_MAX, 2);
6751 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
6752 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
6753                 INT_MAX, 0);
6754 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
6755 #undef STORE_FUNCTION
6756
6757 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
6758 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
6759 {                                                                       \
6760         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6761         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6762         int ret;                                                        \
6763                                                                         \
6764         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6765         if (ret)                                                        \
6766                 return ret;                                             \
6767         if (__data < __min)                                             \
6768                 __data = __min;                                         \
6769         else if (__data > __max)                                        \
6770                 __data = __max;                                         \
6771         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
6772         return count;                                                   \
6773 }
6774 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
6775                     UINT_MAX);
6776 #undef USEC_STORE_FUNCTION
6777
6778 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
6779                                     const char *page, size_t count)
6780 {
6781         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6782         unsigned long __data;
6783         int ret;
6784
6785         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6786         if (ret)
6787                 return ret;
6788
6789         if (__data == 0)
6790                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6791         else {
6792                 if (__data > INT_MAX)
6793                         __data = INT_MAX;
6794                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
6795         }
6796
6797         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
6798
6799         return count;
6800 }
6801
6802 /*
6803  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
6804  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
6805  */
6806 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
6807                                       const char *page, size_t count)
6808 {
6809         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6810         unsigned long __data;
6811         int ret;
6812
6813         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6814         if (ret)
6815                 return ret;
6816
6817         if (__data < 1)
6818                 __data = 1;
6819         else if (__data > INT_MAX)
6820                 __data = INT_MAX;
6821
6822         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
6823         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
6824                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6825
6826         return count;
6827 }
6828
6829 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
6830                                      const char *page, size_t count)
6831 {
6832         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6833         unsigned long __data;
6834         int ret;
6835
6836         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6837         if (ret)
6838                 return ret;
6839
6840         if (__data > 1)
6841                 __data = 1;
6842         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
6843             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
6844                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
6845
6846         bfqd->strict_guarantees = __data;
6847
6848         return count;
6849 }
6850
6851 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
6852                                      const char *page, size_t count)
6853 {
6854         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6855         unsigned long __data;
6856         int ret;
6857
6858         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6859         if (ret)
6860                 return ret;
6861
6862         if (__data > 1)
6863                 __data = 1;
6864         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
6865                 bfq_end_wr(bfqd);
6866         bfqd->low_latency = __data;
6867
6868         return count;
6869 }
6870
6871 #define BFQ_ATTR(name) \
6872         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
6873
6874 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
6875         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
6876         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
6877         BFQ_ATTR(back_seek_max),
6878         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
6879         BFQ_ATTR(slice_idle),
6880         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
6881         BFQ_ATTR(max_budget),
6882         BFQ_ATTR(timeout_sync),
6883         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
6884         BFQ_ATTR(low_latency),
6885         __ATTR_NULL
6886 };
6887
6888 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
6889         .ops = {
6890                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
6891                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
6892                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
6893                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
6894                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
6895                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
6896                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
6897                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
6898                 .former_request         = elv_rb_former_request,
6899                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
6900                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
6901                 .request_merge          = bfq_request_merge,
6902                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
6903                 .request_merged         = bfq_request_merged,
6904                 .has_work               = bfq_has_work,
6905                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
6906                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
6907                 .init_sched             = bfq_init_queue,
6908                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
6909         },
6910
6911         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
6912         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
6913         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
6914         .elevator_name =        "bfq",
6915         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
6916 };
6917 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
6918
6919 static int __init bfq_init(void)
6920 {
6921         int ret;
6922
6923 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6924         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
6925         if (ret)
6926                 return ret;
6927 #endif
6928
6929         ret = -ENOMEM;
6930         if (bfq_slab_setup())
6931                 goto err_pol_unreg;
6932
6933         /*
6934          * Times to load large popular applications for the typical
6935          * systems installed on the reference devices (see the
6936          * comments before the definition of the next
6937          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
6938          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
6939          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
6940          * are computed over much shorter time intervals than the long
6941          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
6942          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
6943          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
6944          * be run for a long time.
6945          */
6946         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
6947         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
6948
6949         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
6950         if (ret)
6951                 goto slab_kill;
6952
6953         return 0;
6954
6955 slab_kill:
6956         bfq_slab_kill();
6957 err_pol_unreg:
6958 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6959         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6960 #endif
6961         return ret;
6962 }
6963
6964 static void __exit bfq_exit(void)
6965 {
6966         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
6967 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6968         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6969 #endif
6970         bfq_slab_kill();
6971 }
6972
6973 module_init(bfq_init);
6974 module_exit(bfq_exit);
6975
6976 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
6977 MODULE_LICENSE("GPL");
6978 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");