f352b1677143e17e7faa02076095e61ce743a034
[linux-2.6-microblaze.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
60  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
61  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
62  * to 0.
63  *
64  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
65  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
66  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
67  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
68  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
69  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
70  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
71  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
72  *
73  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
74  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
75  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
76  * in [3].
77  *
78  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
79  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
80  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
81  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
82  *
83  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
84  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
85  *     Oct 1997.
86  *
87  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
88  *
89  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
90  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
91  *     Resource Allocation", technical report.
92  *
93  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
94  */
95 #include <linux/module.h>
96 #include <linux/slab.h>
97 #include <linux/blkdev.h>
98 #include <linux/cgroup.h>
99 #include <linux/elevator.h>
100 #include <linux/ktime.h>
101 #include <linux/rbtree.h>
102 #include <linux/ioprio.h>
103 #include <linux/sbitmap.h>
104 #include <linux/delay.h>
105
106 #include "blk.h"
107 #include "blk-mq.h"
108 #include "blk-mq-tag.h"
109 #include "blk-mq-sched.h"
110 #include "bfq-iosched.h"
111 #include "blk-wbt.h"
112
113 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
114 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
115 {                                                                       \
116         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
117 }                                                                       \
118 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
119 {                                                                       \
120         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
121 }                                                                       \
122 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
123 {                                                                       \
124         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
125 }
126
127 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
128 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
129 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
130 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
131 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
132 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
133 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
134 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
135 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
136 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
137 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
138 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
139 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
140
141 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
142 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
143
144 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
145 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
146
147 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
148 static const int bfq_back_penalty = 2;
149
150 /* Idling period duration, in ns. */
151 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
152
153 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
154 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
155
156 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
157 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
158
159 /*
160  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
161  * when an async request is served, the entity is charged the number
162  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
163  */
164 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
165
166 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
167 const int bfq_timeout = HZ / 8;
168
169 /*
170  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
171  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
172  * removing false positives, while not causing true positives to miss
173  * queue merging.
174  *
175  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
176  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
177  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
178  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
179  * little chance to find cooperators.
180  */
181 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
182
183 static struct kmem_cache *bfq_pool;
184
185 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
186 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
187
188 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
189 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
190 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
191
192 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
193 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
194 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
195 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
196
197 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
198 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
199 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
200 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
201 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
202 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
203
204 /* Shift used for peak rate fixed precision calculations. */
205 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
206
207 /*
208  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
209  * interactive applications automatically, using the following formula:
210  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
211  * R and T are two reference parameters.
212  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see below),
213  * and T is a reference time: given the systems that are likely to be
214  * installed on the reference device according to its speed class, T is
215  * about the maximum time needed, under BFQ and while reading two files in
216  * parallel, to load typical large applications on these systems.
217  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less it
218  * takes to load applications with respect to the reference device.
219  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to interactive
220  * applications.
221  *
222  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
223  * . whether the device is rotational or non-rotational;
224  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
225  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
226  *
227  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
228  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
229  *
230  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
231  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
232  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
233  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
234  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
235  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
236  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
237  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
238  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
239  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
240  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
241  * and the process does sequential I/O).
242  *
243  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
244  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
245  */
246 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
247 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
248 /*
249  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
250  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
251  * function.
252  */
253 static int T_slow[2];
254 static int T_fast[2];
255 static int device_speed_thresh[2];
256
257 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
258 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
259
260 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
261 {
262         return bic->bfqq[is_sync];
263 }
264
265 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
266 {
267         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
268 }
269
270 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
271 {
272         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
273 }
274
275 /**
276  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
277  * @icq: the iocontext queue.
278  */
279 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
280 {
281         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
282         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
283 }
284
285 /**
286  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
287  * @bfqd: the lookup key.
288  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
289  * @q: the request queue.
290  */
291 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
292                                         struct io_context *ioc,
293                                         struct request_queue *q)
294 {
295         if (ioc) {
296                 unsigned long flags;
297                 struct bfq_io_cq *icq;
298
299                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
300                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
301                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
302
303                 return icq;
304         }
305
306         return NULL;
307 }
308
309 /*
310  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
311  * driver that will restart queueing.
312  */
313 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
314 {
315         if (bfqd->queued != 0) {
316                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
317                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
318         }
319 }
320
321 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
322 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
323
324 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
325
326 /*
327  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
328  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
329  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
330  */
331 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
332                                       struct request *rq1,
333                                       struct request *rq2,
334                                       sector_t last)
335 {
336         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
337         unsigned long back_max;
338 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
339 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
340         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
341
342         if (!rq1 || rq1 == rq2)
343                 return rq2;
344         if (!rq2)
345                 return rq1;
346
347         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
348                 return rq1;
349         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
350                 return rq2;
351         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
352                 return rq1;
353         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
354                 return rq2;
355
356         s1 = blk_rq_pos(rq1);
357         s2 = blk_rq_pos(rq2);
358
359         /*
360          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
361          */
362         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
363
364         /*
365          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
366          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
367          * similar forward seek.
368          */
369         if (s1 >= last)
370                 d1 = s1 - last;
371         else if (s1 + back_max >= last)
372                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
373         else
374                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
375
376         if (s2 >= last)
377                 d2 = s2 - last;
378         else if (s2 + back_max >= last)
379                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
380         else
381                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
382
383         /* Found required data */
384
385         /*
386          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
387          * check two variables for all permutations: --> faster!
388          */
389         switch (wrap) {
390         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
391                 if (d1 < d2)
392                         return rq1;
393                 else if (d2 < d1)
394                         return rq2;
395
396                 if (s1 >= s2)
397                         return rq1;
398                 else
399                         return rq2;
400
401         case BFQ_RQ2_WRAP:
402                 return rq1;
403         case BFQ_RQ1_WRAP:
404                 return rq2;
405         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
406         default:
407                 /*
408                  * Since both rqs are wrapped,
409                  * start with the one that's further behind head
410                  * (--> only *one* back seek required),
411                  * since back seek takes more time than forward.
412                  */
413                 if (s1 <= s2)
414                         return rq1;
415                 else
416                         return rq2;
417         }
418 }
419
420 static struct bfq_queue *
421 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
422                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
423                      struct rb_node ***rb_link)
424 {
425         struct rb_node **p, *parent;
426         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
427
428         parent = NULL;
429         p = &root->rb_node;
430         while (*p) {
431                 struct rb_node **n;
432
433                 parent = *p;
434                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
435
436                 /*
437                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
438                  * largest to the right.
439                  */
440                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
441                         n = &(*p)->rb_right;
442                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
443                         n = &(*p)->rb_left;
444                 else
445                         break;
446                 p = n;
447                 bfqq = NULL;
448         }
449
450         *ret_parent = parent;
451         if (rb_link)
452                 *rb_link = p;
453
454         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
455                 (unsigned long long)sector,
456                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
457
458         return bfqq;
459 }
460
461 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
462 {
463         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
464                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
465                                        bfq_merge_time_limit);
466 }
467
468 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
469 {
470         struct rb_node **p, *parent;
471         struct bfq_queue *__bfqq;
472
473         if (bfqq->pos_root) {
474                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
475                 bfqq->pos_root = NULL;
476         }
477
478         /*
479          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
480          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
481          * position tree.
482          */
483         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
484                 return;
485
486         if (bfq_class_idle(bfqq))
487                 return;
488         if (!bfqq->next_rq)
489                 return;
490
491         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
492         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
493                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
494         if (!__bfqq) {
495                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
496                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
497         } else
498                 bfqq->pos_root = NULL;
499 }
500
501 /*
502  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
503  */
504 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
505 {
506         /*
507          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
508          * at least two nodes.
509          */
510         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
511                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
512                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
513 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
514                ) ||
515                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
516                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
517                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
518 #endif
519                );
520 }
521
522 /*
523  * The following function returns true if every queue must receive the
524  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
525  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
526  * bfq_bfqq_may_idle()).
527  *
528  * Such a scenario occurs when:
529  * 1) all active queues have the same weight,
530  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
531  *    weight,
532  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
533  *    number of children.
534  *
535  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
536  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
537  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
538  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
539  * state:
540  * 1) all active queues have the same weight,
541  * 2) all active groups have the same weight,
542  * 3) all active groups have at most one active child each.
543  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
544  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
545  * to be maintained in this case.
546  */
547 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
548 {
549         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
550 }
551
552 /*
553  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
554  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
555  * increment the existing counter.
556  *
557  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
558  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
559  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
560  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
561  * are not inserted in the tree.
562  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
563  * should be low too.
564  */
565 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
566                           struct rb_root *root)
567 {
568         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
569
570         /*
571          * Do not insert if the entity is already associated with a
572          * counter, which happens if:
573          *   1) the entity is associated with a queue,
574          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
575          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
576          *      backlogged; in this respect, each of the two events
577          *      causes an invocation of this function,
578          *   3) this is the invocation of this function caused by the
579          *      second event. This second invocation is actually useless,
580          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
581          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
582          */
583         if (entity->weight_counter)
584                 return;
585
586         while (*new) {
587                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
588                                                 struct bfq_weight_counter,
589                                                 weights_node);
590                 parent = *new;
591
592                 if (entity->weight == __counter->weight) {
593                         entity->weight_counter = __counter;
594                         goto inc_counter;
595                 }
596                 if (entity->weight < __counter->weight)
597                         new = &((*new)->rb_left);
598                 else
599                         new = &((*new)->rb_right);
600         }
601
602         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
603                                          GFP_ATOMIC);
604
605         /*
606          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
607          * exit. This will cause the weight of entity to not be
608          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
609          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
610          * case entity's weight would have been the only weight making
611          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
612          * will however occur when entity becomes inactive again (the
613          * invocation of this function is triggered by an activation
614          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
615          * if !entity->weight_counter.
616          */
617         if (unlikely(!entity->weight_counter))
618                 return;
619
620         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
621         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
622         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
623
624 inc_counter:
625         entity->weight_counter->num_active++;
626 }
627
628 /*
629  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
630  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
631  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
632  * about overhead.
633  */
634 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
635                              struct rb_root *root)
636 {
637         if (!entity->weight_counter)
638                 return;
639
640         entity->weight_counter->num_active--;
641         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
642                 goto reset_entity_pointer;
643
644         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
645         kfree(entity->weight_counter);
646
647 reset_entity_pointer:
648         entity->weight_counter = NULL;
649 }
650
651 /*
652  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
653  */
654 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
655                                       struct request *last)
656 {
657         struct request *rq;
658
659         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
660                 return NULL;
661
662         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
663
664         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
665
666         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
667                 return NULL;
668
669         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
670         return rq;
671 }
672
673 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
674                                         struct bfq_queue *bfqq,
675                                         struct request *last)
676 {
677         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
678         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
679         struct request *next, *prev = NULL;
680
681         /* Follow expired path, else get first next available. */
682         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
683         if (next)
684                 return next;
685
686         if (rbprev)
687                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
688
689         if (rbnext)
690                 next = rb_entry_rq(rbnext);
691         else {
692                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
693                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
694                         next = rb_entry_rq(rbnext);
695         }
696
697         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
698 }
699
700 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
701 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
702                                         struct bfq_queue *bfqq)
703 {
704         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
705                 return blk_rq_sectors(rq);
706
707         /*
708          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
709          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
710          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
711          * for weight-raised queues.
712          */
713         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
714                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
715
716         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
717 }
718
719 /**
720  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
721  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
722  * @bfqq: the queue to update.
723  *
724  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
725  * has enough budget to serve at least its first request (if the
726  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
727  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
728  * rounds to actually get it dispatched.
729  */
730 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
731                                  struct bfq_queue *bfqq)
732 {
733         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
734         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
735         unsigned long new_budget;
736
737         if (!next_rq)
738                 return;
739
740         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
741                 /*
742                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
743                  * changed after an entity has been selected.
744                  */
745                 return;
746
747         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
748                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
749         if (entity->budget != new_budget) {
750                 entity->budget = new_budget;
751                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
752                                          new_budget);
753                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
754         }
755 }
756
757 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
758 {
759         u64 dur;
760
761         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
762                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
763
764         dur = bfqd->RT_prod;
765         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
766
767         /*
768          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
769          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
770          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
771          * non-interactive and non-soft-real-time applications
772          * preserve weight raising for a too long time interval.
773          *
774          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
775          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
776          * before weight-raising finishes.
777          */
778         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
779                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
780         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
781                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
782
783         return dur;
784 }
785
786 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
787 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
788                                           struct bfq_data *bfqd)
789 {
790         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
791         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
792         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
793 }
794
795 static void
796 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
797                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
798 {
799         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
800         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
801
802         if (bic->saved_has_short_ttime)
803                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
804         else
805                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
806
807         if (bic->saved_IO_bound)
808                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
809         else
810                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
811
812         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
813         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
814         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
815         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
816         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
817
818         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
819             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
820                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
821                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
822                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
823                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
824                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
825                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
826                 } else {
827                         bfqq->wr_coeff = 1;
828                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
829                                      "resume state: switching off wr");
830                 }
831         }
832
833         /* make sure weight will be updated, however we got here */
834         bfqq->entity.prio_changed = 1;
835
836         if (likely(!busy))
837                 return;
838
839         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
840                 bfqd->wr_busy_queues++;
841         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
842                 bfqd->wr_busy_queues--;
843 }
844
845 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
846 {
847         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
848 }
849
850 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
851 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
852 {
853         struct bfq_queue *item;
854         struct hlist_node *n;
855
856         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
857                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
858         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
859         bfqd->burst_size = 1;
860         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
861 }
862
863 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
864 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
865 {
866         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
867         bfqd->burst_size++;
868
869         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
870                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
871                 struct hlist_node *n;
872
873                 /*
874                  * Enough queues have been activated shortly after each
875                  * other to consider this burst as large.
876                  */
877                 bfqd->large_burst = true;
878
879                 /*
880                  * We can now mark all queues in the burst list as
881                  * belonging to a large burst.
882                  */
883                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
884                                      burst_list_node)
885                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
886                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
887
888                 /*
889                  * From now on, and until the current burst finishes, any
890                  * new queue being activated shortly after the last queue
891                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
892                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
893                  * needed any more. Remove it.
894                  */
895                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
896                                           burst_list_node)
897                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
898         } else /*
899                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
900                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
901                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
902                 * in put_queue.
903                 */
904                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
905 }
906
907 /*
908  * If many queues belonging to the same group happen to be created
909  * shortly after each other, then the processes associated with these
910  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
911  * creations are usually caused by services or applications that spawn
912  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
913  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
914  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
915  * or device idling to their queues.
916  *
917  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
918  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
919  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
920  * treated in a different way.
921  *
922  * The above services or applications benefit mostly from a high
923  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
924  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
925  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
926  * which also implies idling the device for it, is almost always
927  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
928  *
929  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
930  * the start of an application that does not consist of a lot of
931  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
932  * several short processes may need to be executed to start-up the
933  * application. In this respect, to start an application as quickly as
934  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
935  * related to the application with respect to all other
936  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
937  * an application that causes a burst of queue creations is to
938  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
939  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
940  *
941  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
942  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
943  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
944  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
945  * larger size than that threshold are apparently caused by
946  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
947  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
948  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
949  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
950  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
951  * exact choice depends on the device and request pattern at
952  * hand.
953  *
954  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
955  * is starting (e.g., an application is being started). The
956  * consequence is that the queues associated with the task do not
957  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
958  * are very rare. They typically occur if some service happens to
959  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
960  *
961  * Turning back to the next function, it implements all the steps
962  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
963  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
964  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
965  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
966  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
967  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
968  * steps are the following.
969  *
970  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
971  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
972  *
973  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
974  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
975  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
976  *   Q to the burst list
977  *
978  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
979  *   the large-burst threshold, then
980  *
981  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
982  *       large burst
983  *
984  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
985  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
986  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
987  *       previous sub-step), and now is not needed any more
988  *
989  *     . the device enters a large-burst mode
990  *
991  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
992  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
993  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
994  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
995  *   as belonging to a large burst.
996  *
997  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
998  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
999  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1000  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1001  *
1002  *        . the large-burst mode is reset if set
1003  *
1004  *        . the burst list is emptied
1005  *
1006  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1007  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1008  *          after this step).
1009  */
1010 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1011 {
1012         /*
1013          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1014          * burst, or finally has just been split, then there is
1015          * nothing else to do.
1016          */
1017         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1018             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1019             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1020                                      msecs_to_jiffies(10)))
1021                 return;
1022
1023         /*
1024          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1025          * a different group than the burst group, then the current
1026          * burst is finished, and related data structures must be
1027          * reset.
1028          *
1029          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1030          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1031          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1032          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1033          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1034          * following condition is true, bfqq will end up being
1035          * inserted into the burst list. In particular the list will
1036          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1037          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1038          * burst.
1039          */
1040         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1041             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1042             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1043                 bfqd->large_burst = false;
1044                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1045                 goto end;
1046         }
1047
1048         /*
1049          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1050          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1051          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1052          */
1053         if (bfqd->large_burst) {
1054                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1055                 goto end;
1056         }
1057
1058         /*
1059          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1060          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1061          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1062          */
1063         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1064 end:
1065         /*
1066          * At this point, bfqq either has been added to the current
1067          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1068          * possible new burst to start. In particular, in the second
1069          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1070          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1071          * forward.
1072          */
1073         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1074 }
1075
1076 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1077 {
1078         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1079
1080         return entity->budget - entity->service;
1081 }
1082
1083 /*
1084  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1085  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1086  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1087  */
1088 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1089 {
1090         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1091                 return bfq_default_max_budget;
1092         else
1093                 return bfqd->bfq_max_budget;
1094 }
1095
1096 /*
1097  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1098  * max budget (trying with 1/32)
1099  */
1100 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1101 {
1102         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1103                 return bfq_default_max_budget / 32;
1104         else
1105                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1106 }
1107
1108 /*
1109  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1110  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1111  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1112  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1113  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1114  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1115  * goals below.
1116  *
1117  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1118  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1119  * expired for one of the following two reasons:
1120  *
1121  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1122  *   and did not make it to issue a new request before its last
1123  *   request was served;
1124  *
1125  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1126  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1127  *
1128  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1129  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1130  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1131  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1132  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1133  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1134  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1135  * one full budget of another queue before being served again, then
1136  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1137  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1138  * to be taken.
1139  *
1140  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1141  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1142  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1143  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1144  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1145  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1146  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1147  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1148  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1149  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1150  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1151  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1152  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1153  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1154  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1155  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1156  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1157  * on this tricky aspect).
1158  *
1159  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1160  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1161  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1162  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1163  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1164  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1165  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1166  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1167  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1168  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1169  * causing a little loss of bandwidth.
1170  *
1171  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1172  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1173  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1174  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1175  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1176  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1177  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1178  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1179  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1180  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1181  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1182  * __bfq_activate_entity.
1183  *
1184  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1185  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1186  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1187  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1188  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1189  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1190  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1191  * outstanding requests mentioned above.
1192  *
1193  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1194  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1195  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1196  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1197  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1198  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1199  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1200  * know whether preemption is needed without needing to update service
1201  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1202  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1203  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1204  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1205  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1206  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1207  * be weight-raised.
1208  */
1209 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1210                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1211                                                 bool arrived_in_time,
1212                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1213 {
1214         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1215
1216         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1217                 /*
1218                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1219                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1220                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1221                  * cleared right after).
1222                  */
1223
1224                 /*
1225                  * In next assignment we rely on that either
1226                  * entity->service or entity->budget are not updated
1227                  * on expiration if bfqq is empty (see
1228                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1229                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1230                  * following statement therefore assigns to
1231                  * entity->budget the remaining budget on such an
1232                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1233                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1234                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1235                  * service (see bfq_get_next_queue).
1236                  */
1237                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1238                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1239                                        bfqq->max_budget);
1240
1241                 return true;
1242         }
1243
1244         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1245                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1246         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1247         return wr_or_deserves_wr;
1248 }
1249
1250 /*
1251  * Return the farthest future time instant according to jiffies
1252  * macros.
1253  */
1254 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
1255 {
1256         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
1257 }
1258
1259 /*
1260  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1261  * macros.
1262  */
1263 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1264 {
1265         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1266 }
1267
1268 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1269                                              struct bfq_queue *bfqq,
1270                                              unsigned int old_wr_coeff,
1271                                              bool wr_or_deserves_wr,
1272                                              bool interactive,
1273                                              bool in_burst,
1274                                              bool soft_rt)
1275 {
1276         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1277                 /* start a weight-raising period */
1278                 if (interactive) {
1279                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1280                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1281                 } else {
1282                         /*
1283                          * No interactive weight raising in progress
1284                          * here: assign minus infinity to
1285                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1286                          * that, at the end of the soft-real-time
1287                          * weight raising periods that is starting
1288                          * now, no interactive weight-raising period
1289                          * may be wrongly considered as still in
1290                          * progress (and thus actually started by
1291                          * mistake).
1292                          */
1293                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1294                                 bfq_smallest_from_now();
1295                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1296                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1297                         bfqq->wr_cur_max_time =
1298                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1299                 }
1300
1301                 /*
1302                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1303                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1304                  * scheduling-error component due to a too large
1305                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1306                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1307                  * too small budget either, to avoid increasing
1308                  * latency by causing too frequent expirations.
1309                  */
1310                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1311                                             bfqq->entity.budget,
1312                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1313         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1314                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1315                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1316                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1317                 } else if (in_burst)
1318                         bfqq->wr_coeff = 1;
1319                 else if (soft_rt) {
1320                         /*
1321                          * The application is now or still meeting the
1322                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1323                          * can then correctly and safely (re)charge
1324                          * the weight-raising duration for the
1325                          * application with the weight-raising
1326                          * duration for soft rt applications.
1327                          *
1328                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1329                          * before the weight-raising period for the
1330                          * application finishes, reduces the probability
1331                          * of the following negative scenario:
1332                          * 1) the weight of a soft rt application is
1333                          *    raised at startup (as for any newly
1334                          *    created application),
1335                          * 2) since the application is not interactive,
1336                          *    at a certain time weight-raising is
1337                          *    stopped for the application,
1338                          * 3) at that time the application happens to
1339                          *    still have pending requests, and hence
1340                          *    is destined to not have a chance to be
1341                          *    deemed soft rt before these requests are
1342                          *    completed (see the comments to the
1343                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1344                          *    for details on soft rt detection),
1345                          * 4) these pending requests experience a high
1346                          *    latency because the application is not
1347                          *    weight-raised while they are pending.
1348                          */
1349                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1350                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1351                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1352                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1353
1354                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1355                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1356                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1357                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1358                         }
1359                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1360                 }
1361         }
1362 }
1363
1364 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1365                                         struct bfq_queue *bfqq)
1366 {
1367         return bfqq->dispatched == 0 &&
1368                 time_is_before_jiffies(
1369                         bfqq->budget_timeout +
1370                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1371 }
1372
1373 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1374                                              struct bfq_queue *bfqq,
1375                                              int old_wr_coeff,
1376                                              struct request *rq,
1377                                              bool *interactive)
1378 {
1379         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1380                 bfqq_wants_to_preempt,
1381                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1382                 /*
1383                  * See the comments on
1384                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1385                  * details on the usage of the next variable.
1386                  */
1387                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1388                         bfqq->ttime.last_end_request +
1389                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1390
1391
1392         /*
1393          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1394          * - it is sync,
1395          * - it does not belong to a large burst,
1396          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1397          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1398          */
1399         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1400         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1401                 !in_burst &&
1402                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1403         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1404         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1405                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1406                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1407                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1408
1409         /*
1410          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1411          * may want to preempt the in-service queue.
1412          */
1413         bfqq_wants_to_preempt =
1414                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1415                                                     arrived_in_time,
1416                                                     wr_or_deserves_wr);
1417
1418         /*
1419          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1420          * idle for much more than an interactive queue, then we
1421          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1422          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1423          * to be treated as a queue belonging to a burst
1424          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1425          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1426          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1427          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1428          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1429          * a burst.
1430          */
1431         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1432             idle_for_long_time &&
1433             time_is_before_jiffies(
1434                     bfqq->budget_timeout +
1435                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1436                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1437                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1438         }
1439
1440         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1441
1442
1443         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1444                 if (arrived_in_time) {
1445                         bfqq->requests_within_timer++;
1446                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1447                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1448                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1449                 } else
1450                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1451         }
1452
1453         if (bfqd->low_latency) {
1454                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1455                         /* wraparound */
1456                         bfqq->split_time =
1457                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1458
1459                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1460                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1461                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1462                                                          old_wr_coeff,
1463                                                          wr_or_deserves_wr,
1464                                                          *interactive,
1465                                                          in_burst,
1466                                                          soft_rt);
1467
1468                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1469                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1470                 }
1471         }
1472
1473         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1474         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1475         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1476
1477         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1478
1479         /*
1480          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1481          * for guarantees. In this respect, the function
1482          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1483          * condition, and not a sufficient condition based on
1484          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1485          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1486          * this operation is quite costly (see the comments on the
1487          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1488          */
1489         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1490             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1491             next_queue_may_preempt(bfqd))
1492                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1493                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1494 }
1495
1496 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1497 {
1498         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1499         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1500         struct request *next_rq, *prev;
1501         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1502         bool interactive = false;
1503
1504         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1505         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1506         bfqd->queued++;
1507
1508         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1509
1510         /*
1511          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1512          */
1513         prev = bfqq->next_rq;
1514         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1515         bfqq->next_rq = next_rq;
1516
1517         /*
1518          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1519          */
1520         if (prev != bfqq->next_rq)
1521                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1522
1523         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1524                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1525                                                  rq, &interactive);
1526         else {
1527                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1528                     time_is_before_jiffies(
1529                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1530                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1531                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1532                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1533
1534                         bfqd->wr_busy_queues++;
1535                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1536                 }
1537                 if (prev != bfqq->next_rq)
1538                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1539         }
1540
1541         /*
1542          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1543          * cases:
1544          *
1545          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1546          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1547          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1548          *   of information is used only for deciding whether to
1549          *   weight-raise async queues
1550          *
1551          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1552          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1553          *   stores the time when weight-raising starts
1554          *
1555          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1556          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1557          *   period must start or restart (this case is considered
1558          *   separately because it is not detected by the above
1559          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1560          *
1561          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1562          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1563          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1564          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1565          * needed.
1566          */
1567         if (bfqd->low_latency &&
1568                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1569                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1570 }
1571
1572 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1573                                           struct bio *bio,
1574                                           struct request_queue *q)
1575 {
1576         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1577
1578
1579         if (bfqq)
1580                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1581
1582         return NULL;
1583 }
1584
1585 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1586 {
1587         if (last_pos)
1588                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1589
1590         return 0;
1591 }
1592
1593 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1594 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1595 {
1596         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1597
1598         bfqd->rq_in_driver++;
1599 }
1600
1601 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1602 {
1603         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1604
1605         bfqd->rq_in_driver--;
1606 }
1607 #endif
1608
1609 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1610                                struct request *rq)
1611 {
1612         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1613         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1614         const int sync = rq_is_sync(rq);
1615
1616         if (bfqq->next_rq == rq) {
1617                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1618                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1619         }
1620
1621         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1622                 list_del_init(&rq->queuelist);
1623         bfqq->queued[sync]--;
1624         bfqd->queued--;
1625         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1626
1627         elv_rqhash_del(q, rq);
1628         if (q->last_merge == rq)
1629                 q->last_merge = NULL;
1630
1631         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1632                 bfqq->next_rq = NULL;
1633
1634                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1635                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1636                         /*
1637                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1638                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1639                          * bfqq->entity.budget must contain,
1640                          * respectively, the service received and the
1641                          * budget used last time bfqq emptied. These
1642                          * facts do not hold in this case, as at least
1643                          * this last removal occurred while bfqq is
1644                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1645                          * reset both bfqq->entity.service and
1646                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1647                          * process that may issue I/O requests to it.
1648                          */
1649                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1650                 }
1651
1652                 /*
1653                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1654                  */
1655                 if (bfqq->pos_root) {
1656                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1657                         bfqq->pos_root = NULL;
1658                 }
1659         } else {
1660                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1661         }
1662
1663         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1664                 bfqq->meta_pending--;
1665
1666 }
1667
1668 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1669 {
1670         struct request_queue *q = hctx->queue;
1671         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1672         struct request *free = NULL;
1673         /*
1674          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1675          * store its return value for later use, to avoid nesting
1676          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1677          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1678          * bfqd->lock is taken.
1679          */
1680         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1681         bool ret;
1682
1683         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1684
1685         if (bic)
1686                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1687         else
1688                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1689         bfqd->bio_bic = bic;
1690
1691         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1692
1693         if (free)
1694                 blk_mq_free_request(free);
1695         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1696
1697         return ret;
1698 }
1699
1700 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1701                              struct bio *bio)
1702 {
1703         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1704         struct request *__rq;
1705
1706         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1707         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1708                 *req = __rq;
1709                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1710         }
1711
1712         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1713 }
1714
1715 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1716                                enum elv_merge type)
1717 {
1718         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1719             rb_prev(&req->rb_node) &&
1720             blk_rq_pos(req) <
1721             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1722                                     struct request, rb_node))) {
1723                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1724                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1725                 struct request *prev, *next_rq;
1726
1727                 /* Reposition request in its sort_list */
1728                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1729                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1730
1731                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1732                 prev = bfqq->next_rq;
1733                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1734                                          bfqd->last_position);
1735                 bfqq->next_rq = next_rq;
1736                 /*
1737                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1738                  * fit the new request and the queue's position in its
1739                  * rq_pos_tree.
1740                  */
1741                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1742                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1743                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1744                 }
1745         }
1746 }
1747
1748 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1749                                 struct request *next)
1750 {
1751         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1752
1753         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1754                 goto end;
1755         spin_lock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1756
1757         /*
1758          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1759          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1760          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1761          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1762          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1763          * which would most certainly be too expensive with respect to
1764          * the benefits.
1765          */
1766         if (bfqq == next_bfqq &&
1767             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1768             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1769                 list_del_init(&rq->queuelist);
1770                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1771                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1772         }
1773
1774         if (bfqq->next_rq == next)
1775                 bfqq->next_rq = rq;
1776
1777         bfq_remove_request(q, next);
1778         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1779
1780         spin_unlock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1781 end:
1782         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1783 }
1784
1785 /* Must be called with bfqq != NULL */
1786 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1787 {
1788         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1789                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1790         bfqq->wr_coeff = 1;
1791         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1792         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1793         /*
1794          * Trigger a weight change on the next invocation of
1795          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1796          */
1797         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1798 }
1799
1800 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1801                              struct bfq_group *bfqg)
1802 {
1803         int i, j;
1804
1805         for (i = 0; i < 2; i++)
1806                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1807                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1808                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1809         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1810                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1811 }
1812
1813 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1814 {
1815         struct bfq_queue *bfqq;
1816
1817         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1818
1819         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1820                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1821         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1822                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1823         bfq_end_wr_async(bfqd);
1824
1825         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1826 }
1827
1828 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1829 {
1830         if (request)
1831                 return blk_rq_pos(io_struct);
1832         else
1833                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1834 }
1835
1836 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1837                                   sector_t sector)
1838 {
1839         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1840                BFQQ_CLOSE_THR;
1841 }
1842
1843 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1844                                          struct bfq_queue *bfqq,
1845                                          sector_t sector)
1846 {
1847         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1848         struct rb_node *parent, *node;
1849         struct bfq_queue *__bfqq;
1850
1851         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1852                 return NULL;
1853
1854         /*
1855          * First, if we find a request starting at the end of the last
1856          * request, choose it.
1857          */
1858         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1859         if (__bfqq)
1860                 return __bfqq;
1861
1862         /*
1863          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1864          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1865          * next_request position).
1866          */
1867         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1868         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1869                 return __bfqq;
1870
1871         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1872                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1873         else
1874                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1875         if (!node)
1876                 return NULL;
1877
1878         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1879         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1880                 return __bfqq;
1881
1882         return NULL;
1883 }
1884
1885 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1886                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1887                                                    sector_t sector)
1888 {
1889         struct bfq_queue *bfqq;
1890
1891         /*
1892          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1893          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1894          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1895          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1896          * the best possible order for throughput.
1897          */
1898         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1899         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1900                 return NULL;
1901
1902         return bfqq;
1903 }
1904
1905 static struct bfq_queue *
1906 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1907 {
1908         int process_refs, new_process_refs;
1909         struct bfq_queue *__bfqq;
1910
1911         /*
1912          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1913          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1914          * may have dropped their last reference (not just their last process
1915          * reference).
1916          */
1917         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1918                 return NULL;
1919
1920         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1921         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1922                 if (__bfqq == bfqq)
1923                         return NULL;
1924                 new_bfqq = __bfqq;
1925         }
1926
1927         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1928         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1929         /*
1930          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1931          * sense in merging the queues.
1932          */
1933         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1934                 return NULL;
1935
1936         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1937                 new_bfqq->pid);
1938
1939         /*
1940          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1941          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1942          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1943          * first time that the requests of some process are redirected to
1944          * it.
1945          *
1946          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1947          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1948          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1949          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1950          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1951          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1952          *
1953          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1954          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1955          * best option, as we feed the in-service queue with new
1956          * requests close to the last request served and, by doing so,
1957          * are likely to increase the throughput.
1958          */
1959         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1960         new_bfqq->ref += process_refs;
1961         return new_bfqq;
1962 }
1963
1964 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1965                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1966 {
1967         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
1968                 return false;
1969
1970         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1971             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1972                 return false;
1973
1974         /*
1975          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1976          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1977          * sequential I/O.
1978          */
1979         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1980                 return false;
1981
1982         /*
1983          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1984          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1985          * queues.
1986          */
1987         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1988                 return false;
1989
1990         return true;
1991 }
1992
1993 /*
1994  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1995  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1996  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1997  * structure otherwise.
1998  *
1999  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2000  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2001  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2002  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2003  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2004  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2005  *
2006  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2007  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2008  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2009  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2010  * requests than the ones produced by its originally-associated
2011  * process.
2012  */
2013 static struct bfq_queue *
2014 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2015                      void *io_struct, bool request)
2016 {
2017         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2018
2019         /*
2020          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2021          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2022          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2023          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2024          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2025          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2026          * probability that two non-cooperating processes, which just
2027          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2028          * their queues merged by mistake.
2029          */
2030         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2031                 return NULL;
2032
2033         if (bfqq->new_bfqq)
2034                 return bfqq->new_bfqq;
2035
2036         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2037                 return NULL;
2038
2039         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2040         if (bfqd->busy_queues == 1)
2041                 return NULL;
2042
2043         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2044
2045         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2046             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2047             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2048             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2049             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2050                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2051                 if (new_bfqq)
2052                         return new_bfqq;
2053         }
2054         /*
2055          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2056          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2057          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2058          */
2059         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2060                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2061
2062         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2063             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2064                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2065
2066         return NULL;
2067 }
2068
2069 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2070 {
2071         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2072
2073         /*
2074          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2075          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2076          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2077          */
2078         if (!bic)
2079                 return;
2080
2081         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2082         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2083         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2084         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2085         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2086         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2087                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2088                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2089                 /*
2090                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2091                  * would have deserved interactive weight raising, but
2092                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2093                  * because of this early merge. Store directly the
2094                  * weight-raising state that would have been assigned
2095                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2096                  * to enjoy weight raising if split soon.
2097                  */
2098                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2099                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2100                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2101         } else {
2102                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2103                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2104                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2105                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2106                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2107         }
2108 }
2109
2110 static void
2111 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2112                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2113 {
2114         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2115                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2116         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2117         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2118         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2119         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2120                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2121         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2122
2123         /*
2124          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2125          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2126          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2127          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2128          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2129          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2130          * easy, thanks to the flag just_created.
2131          */
2132         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2133                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2134                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2135                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2136                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2137                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2138                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2139                         bfqd->wr_busy_queues++;
2140                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2141         }
2142
2143         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2144                 bfqq->wr_coeff = 1;
2145                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2146                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2147                         bfqd->wr_busy_queues--;
2148         }
2149
2150         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2151                      bfqd->wr_busy_queues);
2152
2153         /*
2154          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2155          */
2156         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2157         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2158         /*
2159          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2160          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2161          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2162          *   be set to NULL, or
2163          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2164          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2165          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2166          *   assignment causes no harm).
2167          */
2168         new_bfqq->bic = NULL;
2169         bfqq->bic = NULL;
2170         /* release process reference to bfqq */
2171         bfq_put_queue(bfqq);
2172 }
2173
2174 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2175                                 struct bio *bio)
2176 {
2177         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2178         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2179         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2180
2181         /*
2182          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2183          */
2184         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2185                 return false;
2186
2187         /*
2188          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2189          * merge only if rq is queued there.
2190          */
2191         if (!bfqq)
2192                 return false;
2193
2194         /*
2195          * We take advantage of this function to perform an early merge
2196          * of the queues of possible cooperating processes.
2197          */
2198         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2199         if (new_bfqq) {
2200                 /*
2201                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2202                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2203                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2204                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2205                  * and bfqq can be put.
2206                  */
2207                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2208                                 new_bfqq);
2209                 /*
2210                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2211                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2212                  * merged.
2213                  */
2214                 bfqq = new_bfqq;
2215
2216                 /*
2217                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2218                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2219                  * this function may be invoked again (and then may
2220                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2221                  */
2222                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2223         }
2224
2225         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2226 }
2227
2228 /*
2229  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2230  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2231  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2232  * processes.
2233  */
2234 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2235                                    struct bfq_queue *bfqq)
2236 {
2237         unsigned int timeout_coeff;
2238
2239         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2240                 timeout_coeff = 1;
2241         else
2242                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2243
2244         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2245
2246         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2247                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2248 }
2249
2250 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2251                                        struct bfq_queue *bfqq)
2252 {
2253         if (bfqq) {
2254                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2255
2256                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2257
2258                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2259                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2260                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2261                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2262                         /*
2263                          * For soft real-time queues, move the start
2264                          * of the weight-raising period forward by the
2265                          * time the queue has not received any
2266                          * service. Otherwise, a relatively long
2267                          * service delay is likely to cause the
2268                          * weight-raising period of the queue to end,
2269                          * because of the short duration of the
2270                          * weight-raising period of a soft real-time
2271                          * queue.  It is worth noting that this move
2272                          * is not so dangerous for the other queues,
2273                          * because soft real-time queues are not
2274                          * greedy.
2275                          *
2276                          * To not add a further variable, we use the
2277                          * overloaded field budget_timeout to
2278                          * determine for how long the queue has not
2279                          * received service, i.e., how much time has
2280                          * elapsed since the queue expired. However,
2281                          * this is a little imprecise, because
2282                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2283                          * not only expires, but also remains with no
2284                          * request.
2285                          */
2286                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2287                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2288                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2289                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2290                         else
2291                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2292                 }
2293
2294                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2295                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2296                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2297                              bfqq->entity.budget);
2298         }
2299
2300         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2301 }
2302
2303 /*
2304  * Get and set a new queue for service.
2305  */
2306 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2307 {
2308         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2309
2310         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2311         return bfqq;
2312 }
2313
2314 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2315 {
2316         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2317         u32 sl;
2318
2319         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2320
2321         /*
2322          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2323          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2324          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2325          */
2326         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2327         /*
2328          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2329          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2330          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2331          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2332          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2333          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2334          * needed if the queue has a higher weight than some other
2335          * queue).
2336          */
2337         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2338             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2339                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2340
2341         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2342         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2343                       HRTIMER_MODE_REL);
2344         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2345 }
2346
2347 /*
2348  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2349  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2350  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2351  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2352  * this maximises throughput with sequential workloads.
2353  */
2354 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2355 {
2356         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2357                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2358 }
2359
2360 /*
2361  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2362  * function of the estimated peak rate. See comments on
2363  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2364  */
2365 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2366 {
2367         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2368
2369         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2370                 bfqd->bfq_max_budget =
2371                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2372
2373         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2374             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2375                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2376                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2377                         T_slow[dev_type];
2378         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2379                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2380                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2381                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2382                         T_fast[dev_type];
2383         }
2384
2385         bfq_log(bfqd,
2386 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2387                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2388                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2389                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2390                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2391                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2392                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2393                 BFQ_RATE_SHIFT);
2394 }
2395
2396 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2397                                        struct request *rq)
2398 {
2399         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2400                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2401                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2402                 bfqd->sequential_samples = 0;
2403                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2404                         blk_rq_sectors(rq);
2405         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2406                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2407
2408         bfq_log(bfqd,
2409                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2410                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2411                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2412 }
2413
2414 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2415 {
2416         u32 rate, weight, divisor;
2417
2418         /*
2419          * For the convergence property to hold (see comments on
2420          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2421          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2422          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2423          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2424          * for a new evaluation attempt.
2425          */
2426         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2427             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2428                 goto reset_computation;
2429
2430         /*
2431          * If a new request completion has occurred after last
2432          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2433          * have been served by the device, it is more precise to
2434          * extend the observation interval to the last completion.
2435          */
2436         bfqd->delta_from_first =
2437                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2438                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2439
2440         /*
2441          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2442          * precision issues.
2443          */
2444         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2445                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2446
2447         /*
2448          * Peak rate not updated if:
2449          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2450          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2451          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2452          */
2453         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2454              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2455                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2456                 goto reset_computation;
2457
2458         /*
2459          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2460          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2461          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2462          * measured rate.
2463          *
2464          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2465          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2466          * and to how long the observation time interval is.
2467          *
2468          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2469          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2470          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2471          * the measured rate contributes for half of the next value of
2472          * the estimated peak rate.
2473          *
2474          * So, the first step is to compute the weight as a function
2475          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2476          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2477          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2478          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2479          * incremented for the first sample.
2480          */
2481         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2482
2483         /*
2484          * Second step: further refine the weight as a function of the
2485          * duration of the observation interval.
2486          */
2487         weight = min_t(u32, 8,
2488                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2489                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2490
2491         /*
2492          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2493          * maximum weight.
2494          */
2495         divisor = 10 - weight;
2496
2497         /*
2498          * Finally, update peak rate:
2499          *
2500          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2501          */
2502         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2503         bfqd->peak_rate /= divisor;
2504         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2505
2506         bfqd->peak_rate += rate;
2507         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2508
2509 reset_computation:
2510         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2511 }
2512
2513 /*
2514  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2515  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2516  *
2517  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2518  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2519  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2520  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2521  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2522  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2523  * by the device.
2524  *
2525  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2526  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2527  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2528  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2529  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2530  * unknown, namely in-device request service rate.
2531  *
2532  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2533  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2534  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2535  * same requests are then served. But, since the size of any
2536  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2537  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2538  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2539  * closer and closer to the number of requests completed as the
2540  * observation interval grows. This is the key property used in
2541  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2542  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2543  * on every request dispatch.
2544  */
2545 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2546 {
2547         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2548
2549         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2550                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2551                         bfqd->peak_rate_samples);
2552                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2553                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2554         }
2555
2556         /*
2557          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2558          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2559          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2560          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2561          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2562          * taken:
2563          * - close the observation interval at the last (previous)
2564          *   request dispatch or completion
2565          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2566          * - start a new observation interval with this dispatch
2567          */
2568         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2569             bfqd->rq_in_driver == 0)
2570                 goto update_rate_and_reset;
2571
2572         /* Update sampling information */
2573         bfqd->peak_rate_samples++;
2574
2575         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2576                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2577              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2578                 bfqd->sequential_samples++;
2579
2580         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2581
2582         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2583         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2584                 bfqd->last_rq_max_size =
2585                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2586         else
2587                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2588
2589         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2590
2591         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2592         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2593                 goto update_last_values;
2594
2595 update_rate_and_reset:
2596         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2597 update_last_values:
2598         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2599         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2600 }
2601
2602 /*
2603  * Remove request from internal lists.
2604  */
2605 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2606 {
2607         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2608
2609         /*
2610          * For consistency, the next instruction should have been
2611          * executed after removing the request from the queue and
2612          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2613          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2614          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2615          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2616          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2617          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2618          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2619          * happens to be taken into account.
2620          */
2621         bfqq->dispatched++;
2622         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2623
2624         bfq_remove_request(q, rq);
2625 }
2626
2627 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2628 {
2629         /*
2630          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2631          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2632          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2633          * break the queues apart again.
2634          */
2635         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2636                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2637
2638         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2639                 if (bfqq->dispatched == 0)
2640                         /*
2641                          * Overloading budget_timeout field to store
2642                          * the time at which the queue remains with no
2643                          * backlog and no outstanding request; used by
2644                          * the weight-raising mechanism.
2645                          */
2646                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2647
2648                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2649         } else {
2650                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2651                 /*
2652                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2653                  */
2654                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2655         }
2656
2657         /*
2658          * All in-service entities must have been properly deactivated
2659          * or requeued before executing the next function, which
2660          * resets all in-service entites as no more in service.
2661          */
2662         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2663 }
2664
2665 /**
2666  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2667  * @bfqd: device data.
2668  * @bfqq: queue to update.
2669  * @reason: reason for expiration.
2670  *
2671  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2672  * See the body for detailed comments.
2673  */
2674 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2675                                      struct bfq_queue *bfqq,
2676                                      enum bfqq_expiration reason)
2677 {
2678         struct request *next_rq;
2679         int budget, min_budget;
2680
2681         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2682
2683         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2684                 budget = bfqq->max_budget;
2685         else /*
2686               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2687               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2688               * than the minimum possible budget, to cause a little
2689               * bit fewer expirations.
2690               */
2691                 budget = 2 * min_budget;
2692
2693         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2694                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2695         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2696                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2697         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2698                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2699
2700         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2701                 switch (reason) {
2702                 /*
2703                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2704                  * for throughput.
2705                  */
2706                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2707                         /*
2708                          * This is the only case where we may reduce
2709                          * the budget: if there is no request of the
2710                          * process still waiting for completion, then
2711                          * we assume (tentatively) that the timer has
2712                          * expired because the batch of requests of
2713                          * the process could have been served with a
2714                          * smaller budget.  Hence, betting that
2715                          * process will behave in the same way when it
2716                          * becomes backlogged again, we reduce its
2717                          * next budget.  As long as we guess right,
2718                          * this budget cut reduces the latency
2719                          * experienced by the process.
2720                          *
2721                          * However, if there are still outstanding
2722                          * requests, then the process may have not yet
2723                          * issued its next request just because it is
2724                          * still waiting for the completion of some of
2725                          * the still outstanding ones.  So in this
2726                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2727                          * contrary we increase it to possibly boost
2728                          * the throughput, as discussed in the
2729                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2730                          */
2731                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2732                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2733                         else {
2734                                 if (budget > 5 * min_budget)
2735                                         budget -= 4 * min_budget;
2736                                 else
2737                                         budget = min_budget;
2738                         }
2739                         break;
2740                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2741                         /*
2742                          * We double the budget here because it gives
2743                          * the chance to boost the throughput if this
2744                          * is not a seeky process (and has bumped into
2745                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2746                          */
2747                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2748                         break;
2749                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2750                         /*
2751                          * The process still has backlog, and did not
2752                          * let either the budget timeout or the disk
2753                          * idling timeout expire. Hence it is not
2754                          * seeky, has a short thinktime and may be
2755                          * happy with a higher budget too. So
2756                          * definitely increase the budget of this good
2757                          * candidate to boost the disk throughput.
2758                          */
2759                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2760                         break;
2761                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2762                         /*
2763                          * For queues that expire for this reason, it
2764                          * is particularly important to keep the
2765                          * budget close to the actual service they
2766                          * need. Doing so reduces the timestamp
2767                          * misalignment problem described in the
2768                          * comments in the body of
2769                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2770                          * that a queue systematically expires for
2771                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2772                          * new request in time to enjoy timestamp
2773                          * back-shifting. The larger the budget of the
2774                          * queue is with respect to the service the
2775                          * queue actually requests in each service
2776                          * slot, the more times the queue can be
2777                          * reactivated with the same virtual finish
2778                          * time. It follows that, even if this finish
2779                          * time is pushed to the system virtual time
2780                          * to reduce the consequent timestamp
2781                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2782                          * many re-activations a lower finish time
2783                          * than all newly activated queues.
2784                          *
2785                          * The service needed by bfqq is measured
2786                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2787                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2788                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2789                          * of sectors that the process associated with
2790                          * bfqq requested to read/write before waiting
2791                          * for request completions, or blocking for
2792                          * other reasons.
2793                          */
2794                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2795                         break;
2796                 default:
2797                         return;
2798                 }
2799         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2800                 /*
2801                  * Async queues get always the maximum possible
2802                  * budget, as for them we do not care about latency
2803                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2804                  * by the charging factor).
2805                  */
2806                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2807         }
2808
2809         bfqq->max_budget = budget;
2810
2811         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2812             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2813                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2814
2815         /*
2816          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2817          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2818          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2819          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2820          * update.
2821          *
2822          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2823          * it will be updated on the arrival of a new request.
2824          */
2825         next_rq = bfqq->next_rq;
2826         if (next_rq)
2827                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2828                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2829
2830         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2831                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2832                         bfqq->entity.budget);
2833 }
2834
2835 /*
2836  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2837  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2838  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2839  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2840  * on the function bfq_bfqq_expire().
2841  *
2842  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2843  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2844  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2845  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2846  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2847  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2848  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2849  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2850  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2851  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2852  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2853  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2854  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2855  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2856  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2857  * finishes.
2858  *
2859  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2860  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2861  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2862  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2863  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2864  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2865  */
2866 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2867                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2868                                  unsigned long *delta_ms)
2869 {
2870         ktime_t delta_ktime;
2871         u32 delta_usecs;
2872         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2873
2874         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2875                 return false;
2876
2877         if (compensate)
2878                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2879         else
2880                 delta_ktime = ktime_get();
2881         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2882         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2883
2884         /* don't use too short time intervals */
2885         if (delta_usecs < 1000) {
2886                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2887                          /*
2888                           * give same worst-case guarantees as idling
2889                           * for seeky
2890                           */
2891                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2892                 else /* charge at least one seek */
2893                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2894
2895                 return slow;
2896         }
2897
2898         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2899
2900         /*
2901          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2902          * spikes in service rate estimation.
2903          */
2904         if (delta_usecs > 20000) {
2905                 /*
2906                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2907                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2908                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2909                  * rate is likely to be an average over the disk
2910                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2911                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2912                  * its rate has been lower than half of the estimated
2913                  * peak rate.
2914                  */
2915                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2916         }
2917
2918         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2919
2920         return slow;
2921 }
2922
2923 /*
2924  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2925  * requirements. First, the application must not require an average
2926  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2927  * record a compressed high-definition video.
2928  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2929  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2930  * that, if the next request of the application does not arrive before
2931  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2932  *
2933  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2934  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2935  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2936  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2937  * and so on.
2938  * For this reason the next function is invoked to compute
2939  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2940  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2941  * not.
2942  *
2943  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
2944  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
2945  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
2946  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
2947  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
2948  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
2949  * and so on. The other circumstances are related to the storage
2950  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
2951  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
2952  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
2953  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
2954  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
2955  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
2956  * corner cases, a further rule is used in the computation of
2957  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
2958  * be higher than the maximum between the following two quantities.
2959  *
2960  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
2961  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
2962  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
2963  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
2964  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
2965  *     the return value of this function with the current time plus
2966  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
2967  *     because the latter issue their next request as soon as possible
2968  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
2969  *     real-time application spends some time processing data, after a
2970  *     batch of its requests has been completed.
2971  *
2972  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
2973  *     above, greedy applications may happen to meet both the
2974  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
2975  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
2976  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
2977  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
2978  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
2979  *     time intervals are usually interspersed between other time
2980  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
2981  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
2982  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
2983  *     function happen to be so high, near the end of any such
2984  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
2985  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
2986  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
2987  *     this function. As a consequence, if the last value of
2988  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
2989  *     next value that this function may return, then, from the very
2990  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
2991  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
2992  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
2993  *     to soon for the application to be deemed as soft
2994  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
2995  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
2996  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
2997  *
2998  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
2999  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3000  * application, if the reference quantity was just
3001  * bfqd->bfq_slice_idle:
3002  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3003  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3004  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3005  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3006  *    is rather lower than the exact value.
3007  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3008  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3009  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3010  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3011  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3012  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3013  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3014  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3015  */
3016 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3017                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3018 {
3019         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3020                     bfqq->last_idle_bklogged +
3021                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3022                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3023                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3024 }
3025
3026 /**
3027  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3028  * @bfqd: device owning the queue.
3029  * @bfqq: the queue to expire.
3030  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3031  * @reason: the reason causing the expiration.
3032  *
3033  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3034  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3035  * in service instead of the service it has received (see
3036  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3037  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3038  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3039  * received more service than what it has actually received. In the
3040  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3041  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3042  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3043  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3044  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3045  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3046  *
3047  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3048  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3049  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3050  * guarantees among the latter.
3051  */
3052 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3053                      struct bfq_queue *bfqq,
3054                      bool compensate,
3055                      enum bfqq_expiration reason)
3056 {
3057         bool slow;
3058         unsigned long delta = 0;
3059         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3060         int ref;
3061
3062         /*
3063          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3064          */
3065         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3066
3067         /*
3068          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3069          * timed-out queues with the time and not the service
3070          * received, to favor sequential workloads.
3071          *
3072          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3073          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3074          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3075          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3076          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3077          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3078          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3079          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3080          * or quasi-sequential processes.
3081          */
3082         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3083             (slow ||
3084              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3085               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3086                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3087
3088         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3089             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3090                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3091
3092         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3093                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3094
3095         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3096             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3097                 /*
3098                  * If we get here, and there are no outstanding
3099                  * requests, then the request pattern is isochronous
3100                  * (see the comments on the function
3101                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3102                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3103                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3104                  * the completion of all the outstanding requests to
3105                  * discover whether the request pattern is actually
3106                  * isochronous.
3107                  */
3108                 if (bfqq->dispatched == 0)
3109                         bfqq->soft_rt_next_start =
3110                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3111                 else {
3112                         /*
3113                          * The application is still waiting for the
3114                          * completion of one or more requests:
3115                          * prevent it from possibly being incorrectly
3116                          * deemed as soft real-time by setting its
3117                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3118                          * without this assignment, the application
3119                          * would be incorrectly deemed as soft
3120                          * real-time if:
3121                          * 1) it issued a new request before the
3122                          *    completion of all its in-flight
3123                          *    requests, and
3124                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3125                          *    happened to be in the past.
3126                          */
3127                         bfqq->soft_rt_next_start =
3128                                 bfq_greatest_from_now();
3129                         /*
3130                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3131                          * the task may be discovered to be isochronous.
3132                          */
3133                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3134                 }
3135         }
3136
3137         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3138                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3139                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3140
3141         /*
3142          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3143          * reason.
3144          */
3145         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3146         ref = bfqq->ref;
3147         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3148
3149         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3150         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3151             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3152             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3153                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3154 }
3155
3156 /*
3157  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3158  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3159  * idle timer expirations.
3160  */
3161 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3162 {
3163         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3164 }
3165
3166 /*
3167  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3168  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3169  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3170  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3171  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3172  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3173  */
3174 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3175 {
3176         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3177                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3178                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3179                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3180                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3181
3182         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3183                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3184                 &&
3185                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3186 }
3187
3188 /*
3189  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3190  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3191  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3192  * service guarantees, the return value of this function plays a
3193  * critical role in both these aspects as well.
3194  *
3195  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3196  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3197  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3198  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3199  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3200  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3201  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3202  * issue.
3203  *
3204  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3205  * first, computing a number of boolean variables that take into
3206  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3207  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3208  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3209  * individually while introducing the variables.
3210  */
3211 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3212 {
3213         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3214         bool rot_without_queueing =
3215                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3216                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3217                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3218                 idling_needed_for_service_guarantees,
3219                 asymmetric_scenario;
3220
3221         if (bfqd->strict_guarantees)
3222                 return true;
3223
3224         /*
3225          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3226          * do not idle if
3227          * (a) bfqq is async
3228          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3229          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3230          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3231          */
3232         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3233             bfq_class_idle(bfqq))
3234                 return false;
3235
3236         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3237                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3238
3239         /*
3240          * The next variable takes into account the cases where idling
3241          * boosts the throughput.
3242          *
3243          * The value of the variable is computed considering, first, that
3244          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3245          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3246          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3247          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3248          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3249          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3250          *     I/O-bound and sequential.
3251          *
3252          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3253          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3254          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3255          * the throughput in proportion to how fast the device
3256          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3257          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3258          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3259          * flash-based device.
3260          */
3261         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3262                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3263                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3264
3265         /*
3266          * The value of the next variable,
3267          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3268          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3269          * special case, described below, idling may cause problems to
3270          * weight-raised queues.
3271          *
3272          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3273          * of write hogs), if the processes associated with
3274          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3275          * then processes associated with weight-raised queues have a
3276          * higher probability to get a request from the pool
3277          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3278          * they have a higher probability to actually get a fraction
3279          * of the device throughput proportional to their high
3280          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3281          * which enqueue several requests in advance, and further
3282          * reorder internally-queued requests.
3283          *
3284          * For this reason, we force to false the value of
3285          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3286          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3287          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3288          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3289          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3290          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3291          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3292          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3293          * to ask for a lower number of requests from the request
3294          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3295          * again. This often mitigates starvation problems in the
3296          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3297          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3298          * in these hostile scenarios.
3299          */
3300         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3301                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3302
3303         /*
3304          * There is then a case where idling must be performed not
3305          * for throughput concerns, but to preserve service
3306          * guarantees.
3307          *
3308          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3309          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3310          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3311          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3312          * actual request service order. In particular, the critical
3313          * situation is when requests from different processes happen
3314          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3315          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3316          * the service order of the internally-queued requests, does
3317          * determine also the actual throughput distribution among
3318          * these processes. But the drive typically has no notion or
3319          * concern about per-process throughput distribution, and
3320          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3321          * the service distribution enforced by the drive's internal
3322          * scheduler is likely to coincide with the desired
3323          * device-throughput distribution only in a completely
3324          * symmetric scenario where:
3325          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3326          *      the others;
3327          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3328                 (either sequential or random).
3329          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3330          * the requests of each of these processes in about the same
3331          * way as the requests of the others, and thus to provide
3332          * each of these processes with about the same throughput
3333          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3334          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3335          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3336          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3337          * details).
3338          *
3339          * We address this issue by controlling, actually, only the
3340          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3341          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3342          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3343          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3344          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3345          * many requests, possibly of several processes. The reason
3346          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3347          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3348          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3349          * explained in the next two paragraphs.
3350          *
3351          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3352          * can still preempt the new in-service queue if the next
3353          * request of Q arrives soon (see the comments on
3354          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3355          * groups have the same weight, this form of preemption,
3356          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3357          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3358          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3359          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3360          * idling allows the internal queues of the device to contain
3361          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3362          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3363          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3364          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3365          * service guarantees are preserved without minimally
3366          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3367          * throughput and its desired distribution are obtained.
3368          *
3369          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3370          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3371          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3372          * that there are two queues with the same weight, but that
3373          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3374          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3375          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3376          * most one request at a time, which implies that each queue
3377          * always remains idle after it is served. Finally, after
3378          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3379          * request. It follows that the two queues are served
3380          * alternatively, preempting each other if needed. This
3381          * implies that, although both queues have the same weight,
3382          * the queue with large requests receives a service that is
3383          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3384          * queue.
3385          *
3386          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3387          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3388          * following queues, which are likely to need stronger
3389          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3390          * with a higher weight than other queues. When such queues
3391          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3392          * device idling.
3393          *
3394          * According to the above considerations, the next variable is
3395          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3396          * value of this variable, we not only use the return value of
3397          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3398          * whether bfqq is being weight-raised, because
3399          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3400          * weight-raised queues (see comments on
3401          * bfq_weights_tree_add()).
3402          *
3403          * As a side note, it is worth considering that the above
3404          * device-idling countermeasures may however fail in the
3405          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3406          * disabled in a time period during which all symmetry
3407          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3408          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3409          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3410          * to let requests be served in the desired order until all
3411          * the requests already queued in the device have been served.
3412          */
3413         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3414                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3415
3416         /*
3417          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3418          * best choice even if it may cause unfairness toward
3419          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3420          * queue activations. Queues that became active during a large
3421          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3422          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3423          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3424          * then the device must no be idled, because not idling the
3425          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3426          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3427          * now establish when idling is actually needed to preserve
3428          * service guarantees.
3429          */
3430         idling_needed_for_service_guarantees =
3431                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3432
3433         /*
3434          * We have now all the components we need to compute the
3435          * return value of the function, which is true only if idling
3436          * either boosts the throughput (without issues), or is
3437          * necessary to preserve service guarantees.
3438          */
3439         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3440                 idling_needed_for_service_guarantees;
3441 }
3442
3443 /*
3444  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3445  * returns true, then:
3446  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3447  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3448  *    request for the queue.
3449  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3450  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3451  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3452  * returns true.
3453  */
3454 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3455 {
3456         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3457 }
3458
3459 /*
3460  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3461  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3462  */
3463 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3464 {
3465         struct bfq_queue *bfqq;
3466         struct request *next_rq;
3467         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3468
3469         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3470         if (!bfqq)
3471                 goto new_queue;
3472
3473         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3474
3475         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3476             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3477             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3478                 goto expire;
3479
3480 check_queue:
3481         /*
3482          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3483          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3484          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3485          * request served.
3486          */
3487         next_rq = bfqq->next_rq;
3488         /*
3489          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3490          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3491          */
3492         if (next_rq) {
3493                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3494                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3495                         /*
3496                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3497                          * which makes sure that the next budget is
3498                          * enough to serve the next request, even if
3499                          * it comes from the fifo expired path.
3500                          */
3501                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3502                         goto expire;
3503                 } else {
3504                         /*
3505                          * The idle timer may be pending because we may
3506                          * not disable disk idling even when a new request
3507                          * arrives.
3508                          */
3509                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3510                                 /*
3511                                  * If we get here: 1) at least a new request
3512                                  * has arrived but we have not disabled the
3513                                  * timer because the request was too small,
3514                                  * 2) then the block layer has unplugged
3515                                  * the device, causing the dispatch to be
3516                                  * invoked.
3517                                  *
3518                                  * Since the device is unplugged, now the
3519                                  * requests are probably large enough to
3520                                  * provide a reasonable throughput.
3521                                  * So we disable idling.
3522                                  */
3523                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3524                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3525                         }
3526                         goto keep_queue;
3527                 }
3528         }
3529
3530         /*
3531          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3532          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3533          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3534          */
3535         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3536             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3537                 bfqq = NULL;
3538                 goto keep_queue;
3539         }
3540
3541         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3542 expire:
3543         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3544 new_queue:
3545         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3546         if (bfqq) {
3547                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3548                 goto check_queue;
3549         }
3550 keep_queue:
3551         if (bfqq)
3552                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3553         else
3554                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3555
3556         return bfqq;
3557 }
3558
3559 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3560 {
3561         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3562
3563         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3564                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3565                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3566                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3567                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3568                         bfqq->wr_coeff,
3569                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3570
3571                 if (entity->prio_changed)
3572                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3573
3574                 /*
3575                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3576                  * time has elapsed from the beginning of this
3577                  * weight-raising period, then end weight raising.
3578                  */
3579                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3580                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3581                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3582                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3583                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3584                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3585                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3586                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3587                         else {
3588                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3589                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3590                         }
3591                 }
3592         }
3593         /*
3594          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3595          * update weight both if it must be raised and if it must be
3596          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3597          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3598          * next function with the last parameter unset (see the
3599          * comments on the function).
3600          */
3601         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3602                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3603                                                 entity, false);
3604 }
3605
3606 /*
3607  * Dispatch next request from bfqq.
3608  */
3609 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3610                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3611 {
3612         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3613         unsigned long service_to_charge;
3614
3615         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3616
3617         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3618
3619         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3620
3621         /*
3622          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3623          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3624          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3625          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3626          * weight-raised during this service slot, even if it has
3627          * received part or even most of the service as a
3628          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3629          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3630          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3631          */
3632         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3633
3634         /*
3635          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3636          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3637          * service.
3638          */
3639         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3640                 goto expire;
3641
3642         return rq;
3643
3644 expire:
3645         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3646         return rq;
3647 }
3648
3649 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3650 {
3651         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3652
3653         /*
3654          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3655          * most a call to dispatch for nothing
3656          */
3657         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3658                 bfqd->busy_queues > 0;
3659 }
3660
3661 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3662 {
3663         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3664         struct request *rq = NULL;
3665         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3666
3667         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3668                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3669                                       queuelist);
3670                 list_del_init(&rq->queuelist);
3671
3672                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3673
3674                 if (bfqq) {
3675                         /*
3676                          * Increment counters here, because this
3677                          * dispatch does not follow the standard
3678                          * dispatch flow (where counters are
3679                          * incremented)
3680                          */
3681                         bfqq->dispatched++;
3682
3683                         goto inc_in_driver_start_rq;
3684                 }
3685
3686                 /*
3687                  * We exploit the bfq_finish_request hook to decrement
3688                  * rq_in_driver, but bfq_finish_request will not be
3689                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3690                  * just start this request, without incrementing
3691                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3692                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3693                  * while this request is in service. This may cause
3694                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3695                  *
3696                  * As for implementing an exact solution, the
3697                  * bfq_finish_request hook, if defined, is probably
3698                  * invoked also on this request. So, by exploiting
3699                  * this hook, we could 1) increment rq_in_driver here,
3700                  * and 2) decrement it in bfq_finish_request. Such a
3701                  * solution would let the value of the counter be
3702                  * always accurate, but it would entail using an extra
3703                  * interface function. This cost seems higher than the
3704                  * benefit, being the frequency of non-elevator-private
3705                  * requests very low.
3706                  */
3707                 goto start_rq;
3708         }
3709
3710         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3711
3712         if (bfqd->busy_queues == 0)
3713                 goto exit;
3714
3715         /*
3716          * Force device to serve one request at a time if
3717          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3718          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3719          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3720          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3721          * some unlucky request wait for as long as the device
3722          * wishes.
3723          *
3724          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3725          * throughput.
3726          */
3727         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3728                 goto exit;
3729
3730         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3731         if (!bfqq)
3732                 goto exit;
3733
3734         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3735
3736         if (rq) {
3737 inc_in_driver_start_rq:
3738                 bfqd->rq_in_driver++;
3739 start_rq:
3740                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3741         }
3742 exit:
3743         return rq;
3744 }
3745
3746 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
3747 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3748                                       struct request *rq,
3749                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
3750                                       bool idle_timer_disabled)
3751 {
3752         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
3753
3754         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
3755                 return;
3756
3757         /*
3758          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
3759          * ends, for the following reasons. First, rq can be
3760          * dispatched to the device, and then can be completed and
3761          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
3762          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
3763          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
3764          * before this function ends, and, since rq has a reference to
3765          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
3766          *
3767          * In addition, the following queue lock guarantees that
3768          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
3769          */
3770         spin_lock_irq(q->queue_lock);
3771         if (idle_timer_disabled)
3772                 /*
3773                  * Since the idle timer has been disabled,
3774                  * in_serv_queue contained some request when
3775                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
3776                  * implies that rq was picked exactly from
3777                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
3778                  * therefore guaranteed to exist because of the above
3779                  * arguments.
3780                  */
3781                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
3782         if (bfqq) {
3783                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3784
3785                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
3786                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
3787                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
3788         }
3789         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
3790 }
3791 #else
3792 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3793                                              struct request *rq,
3794                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
3795                                              bool idle_timer_disabled) {}
3796 #endif
3797
3798 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3799 {
3800         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3801         struct request *rq;
3802         struct bfq_queue *in_serv_queue;
3803         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
3804
3805         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3806
3807         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
3808         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
3809
3810         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3811
3812         idle_timer_disabled =
3813                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
3814
3815         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3816
3817         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
3818                                   idle_timer_disabled);
3819
3820         return rq;
3821 }
3822
3823 /*
3824  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3825  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3826  *
3827  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3828  * this function on it.
3829  */
3830 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3831 {
3832 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3833         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3834 #endif
3835
3836         if (bfqq->bfqd)
3837                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3838                              bfqq, bfqq->ref);
3839
3840         bfqq->ref--;
3841         if (bfqq->ref)
3842                 return;
3843
3844         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
3845                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3846                 /*
3847                  * Decrement also burst size after the removal, if the
3848                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
3849                  * does not contribute to the burst any longer. This
3850                  * decrement helps filter out false positives of large
3851                  * bursts, when some short-lived process (often due to
3852                  * the execution of commands by some service) happens
3853                  * to start and exit while a complex application is
3854                  * starting, and thus spawning several processes that
3855                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
3856                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
3857                  *
3858                  * In particular, the decrement is performed only if:
3859                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
3860                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
3861                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
3862                  * by the fact that bfqq has just been merged.
3863                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
3864                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
3865                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
3866                  * the current burst list--without incrementing
3867                  * bust_size--because of a split, but the current
3868                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
3869                  * (see comments on the case of a split in
3870                  * bfq_set_request).
3871                  */
3872                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
3873                         bfqq->bfqd->burst_size--;
3874         }
3875
3876         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3877 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3878         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3879 #endif
3880 }
3881
3882 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3883 {
3884         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3885
3886         /*
3887          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3888          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3889          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3890          */
3891         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3892         while (__bfqq) {
3893                 if (__bfqq == bfqq)
3894                         break;
3895                 next = __bfqq->new_bfqq;
3896                 bfq_put_queue(__bfqq);
3897                 __bfqq = next;
3898         }
3899 }
3900
3901 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3902 {
3903         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3904                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3905                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3906         }
3907
3908         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3909
3910         bfq_put_cooperator(bfqq);
3911
3912         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3913 }
3914
3915 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3916 {
3917         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3918         struct bfq_data *bfqd;
3919
3920         if (bfqq)
3921                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3922
3923         if (bfqq && bfqd) {
3924                 unsigned long flags;
3925
3926                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3927                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3928                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3929                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3930         }
3931 }
3932
3933 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3934 {
3935         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3936
3937         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3938         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3939 }
3940
3941 /*
3942  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3943  * be used until the next (re)activation.
3944  */
3945 static void
3946 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3947 {
3948         struct task_struct *tsk = current;
3949         int ioprio_class;
3950         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3951
3952         if (!bfqd)
3953                 return;
3954
3955         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3956         switch (ioprio_class) {
3957         default:
3958                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3959                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3960                 /* fall through */
3961         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3962                 /*
3963                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3964                  */
3965                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3966                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3967                 break;
3968         case IOPRIO_CLASS_RT:
3969                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3970                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3971                 break;
3972         case IOPRIO_CLASS_BE:
3973                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3974                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3975                 break;
3976         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3977                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3978                 bfqq->new_ioprio = 7;
3979                 break;
3980         }
3981
3982         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3983                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3984                         bfqq->new_ioprio);
3985                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
3986         }
3987
3988         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3989         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3990 }
3991
3992 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3993                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3994                                        struct bfq_io_cq *bic);
3995
3996 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3997 {
3998         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3999         struct bfq_queue *bfqq;
4000         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4001
4002         /*
4003          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4004          * drop the lock before returning.
4005          */
4006         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4007                 return;
4008
4009         bic->ioprio = ioprio;
4010
4011         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4012         if (bfqq) {
4013                 /* release process reference on this queue */
4014                 bfq_put_queue(bfqq);
4015                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4016                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4017         }
4018
4019         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4020         if (bfqq)
4021                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4022 }
4023
4024 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4025                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4026 {
4027         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4028         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4029         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4030
4031         bfqq->ref = 0;
4032         bfqq->bfqd = bfqd;
4033
4034         if (bic)
4035                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4036
4037         if (is_sync) {
4038                 /*
4039                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4040                  * idle_class, because no device idling is performed
4041                  * for queues in idle class
4042                  */
4043                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4044                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4045                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4046                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4047                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4048         } else
4049                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4050
4051         /* set end request to minus infinity from now */
4052         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4053
4054         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4055
4056         bfqq->pid = pid;
4057
4058         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4059         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4060         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4061
4062         bfqq->wr_coeff = 1;
4063         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4064         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4065         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4066
4067         /*
4068          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4069          * process/queue in the recent past,
4070          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4071          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4072          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4073          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4074          * no bandwidth so far.
4075          */
4076         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4077
4078         /* first request is almost certainly seeky */
4079         bfqq->seek_history = 1;
4080 }
4081
4082 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4083                                                struct bfq_group *bfqg,
4084                                                int ioprio_class, int ioprio)
4085 {
4086         switch (ioprio_class) {
4087         case IOPRIO_CLASS_RT:
4088                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4089         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4090                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4091                 /* fall through */
4092         case IOPRIO_CLASS_BE:
4093                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4094         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4095                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4096         default:
4097                 return NULL;
4098         }
4099 }
4100
4101 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4102                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4103                                        struct bfq_io_cq *bic)
4104 {
4105         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4106         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4107         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4108         struct bfq_queue *bfqq;
4109         struct bfq_group *bfqg;
4110
4111         rcu_read_lock();
4112
4113         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4114         if (!bfqg) {
4115                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4116                 goto out;
4117         }
4118
4119         if (!is_sync) {
4120                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4121                                                   ioprio);
4122                 bfqq = *async_bfqq;
4123                 if (bfqq)
4124                         goto out;
4125         }
4126
4127         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4128                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4129                                      bfqd->queue->node);
4130
4131         if (bfqq) {
4132                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4133                               is_sync);
4134                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4135                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4136         } else {
4137                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4138                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4139                 goto out;
4140         }
4141
4142         /*
4143          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4144          * prune it.
4145          */
4146         if (async_bfqq) {
4147                 bfqq->ref++; /*
4148                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4149                               * queue. This extra reference is removed
4150                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4151                               * guarantee that this queue is not freed
4152                               * until its group goes away.
4153                               */
4154                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4155                              bfqq, bfqq->ref);
4156                 *async_bfqq = bfqq;
4157         }
4158
4159 out:
4160         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4161         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4162         rcu_read_unlock();
4163         return bfqq;
4164 }
4165
4166 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4167                                     struct bfq_queue *bfqq)
4168 {
4169         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4170         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4171
4172         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4173
4174         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4175         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4176         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4177                                      ttime->ttime_samples);
4178 }
4179
4180 static void
4181 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4182                        struct request *rq)
4183 {
4184         bfqq->seek_history <<= 1;
4185         bfqq->seek_history |=
4186                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4187                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4188                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4189 }
4190
4191 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4192                                        struct bfq_queue *bfqq,
4193                                        struct bfq_io_cq *bic)
4194 {
4195         bool has_short_ttime = true;
4196
4197         /*
4198          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4199          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4200          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4201          */
4202         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4203             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4204                 return;
4205
4206         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4207         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4208                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4209                 return;
4210
4211         /* Think time is infinite if no process is linked to
4212          * bfqq. Otherwise check average think time to
4213          * decide whether to mark as has_short_ttime
4214          */
4215         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4216             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4217              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4218                 has_short_ttime = false;
4219
4220         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4221                      has_short_ttime);
4222
4223         if (has_short_ttime)
4224                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4225         else
4226                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4227 }
4228
4229 /*
4230  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4231  * something we should do about it.
4232  */
4233 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4234                             struct request *rq)
4235 {
4236         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4237
4238         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4239                 bfqq->meta_pending++;
4240
4241         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4242         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4243         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4244
4245         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4246                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4247                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4248
4249         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4250
4251         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4252                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4253                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4254                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4255
4256                 /*
4257                  * There is just this request queued: if the request
4258                  * is small and the queue is not to be expired, then
4259                  * just exit.
4260                  *
4261                  * In this way, if the device is being idled to wait
4262                  * for a new request from the in-service queue, we
4263                  * avoid unplugging the device and committing the
4264                  * device to serve just a small request. On the
4265                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4266                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4267                  * will be merged to this one quickly, then the device
4268                  * will be unplugged and larger requests will be
4269                  * dispatched.
4270                  */
4271                 if (small_req && !budget_timeout)
4272                         return;
4273
4274                 /*
4275                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4276                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4277                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4278                  * timer.
4279                  */
4280                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4281                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4282
4283                 /*
4284                  * The queue is not empty, because a new request just
4285                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4286                  * case of budget timeout, without risking that the
4287                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4288                  * See [1] for more details.
4289                  */
4290                 if (budget_timeout)
4291                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4292                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4293         }
4294 }
4295
4296 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4297 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4298 {
4299         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4300                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4301         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4302
4303         if (new_bfqq) {
4304                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4305                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4306                 /*
4307                  * Release the request's reference to the old bfqq
4308                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4309                  */
4310                 new_bfqq->allocated++;
4311                 bfqq->allocated--;
4312                 new_bfqq->ref++;
4313                 /*
4314                  * If the bic associated with the process
4315                  * issuing this request still points to bfqq
4316                  * (and thus has not been already redirected
4317                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4318                  * then complete the merge and redirect it to
4319                  * new_bfqq.
4320                  */
4321                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4322                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4323                                         bfqq, new_bfqq);
4324
4325                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4326                 /*
4327                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4328                  * release rq reference on bfqq
4329                  */
4330                 bfq_put_queue(bfqq);
4331                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4332                 bfqq = new_bfqq;
4333         }
4334
4335         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4336         bfq_add_request(rq);
4337         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4338
4339         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4340         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4341
4342         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4343
4344         return idle_timer_disabled;
4345 }
4346
4347 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4348 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4349                                     struct bfq_queue *bfqq,
4350                                     bool idle_timer_disabled,
4351                                     unsigned int cmd_flags)
4352 {
4353         if (!bfqq)
4354                 return;
4355
4356         /*
4357          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4358          * either it is merged with another queue, or the process it
4359          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4360          * the same process currently executing this flow of
4361          * instructions.
4362          *
4363          * In addition, the following queue lock guarantees that
4364          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4365          */
4366         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4367         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4368         if (idle_timer_disabled)
4369                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4370         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4371 }
4372 #else
4373 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4374                                            struct bfq_queue *bfqq,
4375                                            bool idle_timer_disabled,
4376                                            unsigned int cmd_flags) {}
4377 #endif
4378
4379 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4380                                bool at_head)
4381 {
4382         struct request_queue *q = hctx->queue;
4383         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4384         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4385         bool idle_timer_disabled = false;
4386         unsigned int cmd_flags;
4387
4388         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4389         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4390                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4391                 return;
4392         }
4393
4394         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4395
4396         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4397
4398         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4399         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4400                 if (at_head)
4401                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4402                 else
4403                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4404         } else {
4405                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4406                 /*
4407                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4408                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4409                  * redirected into a new queue.
4410                  */
4411                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4412
4413                 if (rq_mergeable(rq)) {
4414                         elv_rqhash_add(q, rq);
4415                         if (!q->last_merge)
4416                                 q->last_merge = rq;
4417                 }
4418         }
4419
4420         /*
4421          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4422          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4423          * merge).
4424          */
4425         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4426
4427         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4428
4429         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4430                                 cmd_flags);
4431 }
4432
4433 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4434                                 struct list_head *list, bool at_head)
4435 {
4436         while (!list_empty(list)) {
4437                 struct request *rq;
4438
4439                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4440                 list_del_init(&rq->queuelist);
4441                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4442         }
4443 }
4444
4445 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4446 {
4447         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4448                                        bfqd->rq_in_driver);
4449
4450         if (bfqd->hw_tag == 1)
4451                 return;
4452
4453         /*
4454          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4455          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4456          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4457          * requests.
4458          */
4459         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4460                 return;
4461
4462         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4463                 return;
4464
4465         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4466         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4467         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4468 }
4469
4470 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4471 {
4472         u64 now_ns;
4473         u32 delta_us;
4474
4475         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4476
4477         bfqd->rq_in_driver--;
4478         bfqq->dispatched--;
4479
4480         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4481                 /*
4482                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4483                  * time at which the queue remains with no backlog and
4484                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4485                  * mechanism).
4486                  */
4487                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4488
4489                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4490                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4491         }
4492
4493         now_ns = ktime_get_ns();
4494
4495         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4496
4497         /*
4498          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4499          * computing rate in next check.
4500          */
4501         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4502
4503         /*
4504          * If the request took rather long to complete, and, according
4505          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4506          * implies that the request was certainly served at a very low
4507          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4508          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4509          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4510          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4511          * taken:
4512          * - close the observation interval at the last (previous)
4513          *   request dispatch or completion
4514          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4515          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4516          *   re-initialization of the observation interval on next
4517          *   dispatch
4518          */
4519         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4520            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4521                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4522                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4523         bfqd->last_completion = now_ns;
4524
4525         /*
4526          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4527          * of the task associated with the queue is actually
4528          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4529          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4530          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4531          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4532          * has in-flight requests.
4533          */
4534         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4535             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4536                 bfqq->soft_rt_next_start =
4537                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4538
4539         /*
4540          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4541          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4542          */
4543         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4544                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4545                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4546                         return;
4547                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4548                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4549                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4550                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4551                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4552                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4553                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4554                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4555         }
4556
4557         if (!bfqd->rq_in_driver)
4558                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4559 }
4560
4561 static void bfq_finish_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4562 {
4563         bfqq->allocated--;
4564
4565         bfq_put_queue(bfqq);
4566 }
4567
4568 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
4569 {
4570         struct bfq_queue *bfqq;
4571         struct bfq_data *bfqd;
4572
4573         if (!rq->elv.icq)
4574                 return;
4575
4576         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4577         bfqd = bfqq->bfqd;
4578
4579         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4580                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4581                                              rq_start_time_ns(rq),
4582                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4583                                              rq->cmd_flags);
4584
4585         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4586                 unsigned long flags;
4587
4588                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4589
4590                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4591                 bfq_finish_request_body(bfqq);
4592
4593                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4594         } else {
4595                 /*
4596                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4597                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4598                  * defer such a check and removal, to avoid
4599                  * inconsistencies in the time interval from the end
4600                  * of this function to the start of the deferred work.
4601                  * This situation seems to occur only in process
4602                  * context, as a consequence of a merge. In the
4603                  * current version of the code, this implies that the
4604                  * lock is held.
4605                  */
4606
4607                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4608                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4609                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4610                                                     rq->cmd_flags);
4611                 }
4612                 bfq_finish_request_body(bfqq);
4613         }
4614
4615         rq->elv.priv[0] = NULL;
4616         rq->elv.priv[1] = NULL;
4617 }
4618
4619 /*
4620  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4621  * was the last process referring to that bfqq.
4622  */
4623 static struct bfq_queue *
4624 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4625 {
4626         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4627
4628         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4629                 bfqq->pid = current->pid;
4630                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4631                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4632                 return bfqq;
4633         }
4634
4635         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4636
4637         bfq_put_cooperator(bfqq);
4638
4639         bfq_put_queue(bfqq);
4640         return NULL;
4641 }
4642
4643 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4644                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4645                                                    struct bio *bio,
4646                                                    bool split, bool is_sync,
4647                                                    bool *new_queue)
4648 {
4649         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4650
4651         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4652                 return bfqq;
4653
4654         if (new_queue)
4655                 *new_queue = true;
4656
4657         if (bfqq)
4658                 bfq_put_queue(bfqq);
4659         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4660
4661         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4662         if (split && is_sync) {
4663                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4664                     bic->saved_in_large_burst)
4665                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4666                 else {
4667                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4668                         if (bic->was_in_burst_list)
4669                                 /*
4670                                  * If bfqq was in the current
4671                                  * burst list before being
4672                                  * merged, then we have to add
4673                                  * it back. And we do not need
4674                                  * to increase burst_size, as
4675                                  * we did not decrement
4676                                  * burst_size when we removed
4677                                  * bfqq from the burst list as
4678                                  * a consequence of a merge
4679                                  * (see comments in
4680                                  * bfq_put_queue). In this
4681                                  * respect, it would be rather
4682                                  * costly to know whether the
4683                                  * current burst list is still
4684                                  * the same burst list from
4685                                  * which bfqq was removed on
4686                                  * the merge. To avoid this
4687                                  * cost, if bfqq was in a
4688                                  * burst list, then we add
4689                                  * bfqq to the current burst
4690                                  * list without any further
4691                                  * check. This can cause
4692                                  * inappropriate insertions,
4693                                  * but rarely enough to not
4694                                  * harm the detection of large
4695                                  * bursts significantly.
4696                                  */
4697                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4698                                                &bfqd->burst_list);
4699                 }
4700                 bfqq->split_time = jiffies;
4701         }
4702
4703         return bfqq;
4704 }
4705
4706 /*
4707  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4708  */
4709 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4710 {
4711         struct request_queue *q = rq->q;
4712         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4713         struct bfq_io_cq *bic;
4714         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4715         struct bfq_queue *bfqq;
4716         bool new_queue = false;
4717         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4718
4719         if (!rq->elv.icq)
4720                 return;
4721         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4722
4723         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4724
4725         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4726
4727         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4728
4729         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4730                                          &new_queue);
4731
4732         if (likely(!new_queue)) {
4733                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4734                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4735                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4736
4737                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4738                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4739                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4740
4741                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4742                         split = true;
4743
4744                         if (!bfqq)
4745                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4746                                                                  true, is_sync,
4747                                                                  NULL);
4748                         else
4749                                 bfqq_already_existing = true;
4750                 }
4751         }
4752
4753         bfqq->allocated++;
4754         bfqq->ref++;
4755         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4756                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4757
4758         rq->elv.priv[0] = bic;
4759         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4760
4761         /*
4762          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4763          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4764          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4765          * resume its state.
4766          */
4767         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4768                 bfqq->bic = bic;
4769                 if (split) {
4770                         /*
4771                          * The queue has just been split from a shared
4772                          * queue: restore the idle window and the
4773                          * possible weight raising period.
4774                          */
4775                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4776                                               bfqq_already_existing);
4777                 }
4778         }
4779
4780         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4781                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4782
4783         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4784 }
4785
4786 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
4787 {
4788         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4789         enum bfqq_expiration reason;
4790         unsigned long flags;
4791
4792         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4793         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4794
4795         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4796                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4797                 return;
4798         }
4799
4800         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4801                 /*
4802                  * Also here the queue can be safely expired
4803                  * for budget timeout without wasting
4804                  * guarantees
4805                  */
4806                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4807         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4808                 /*
4809                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4810                  * because we may not disable the timer when the
4811                  * first request of the in-service queue arrives
4812                  * during disk idling.
4813                  */
4814                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4815         else
4816                 goto schedule_dispatch;
4817
4818         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4819
4820 schedule_dispatch:
4821         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4822         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4823 }
4824
4825 /*
4826  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4827  * is idling inside its time slice.
4828  */
4829 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4830 {
4831         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4832                                              idle_slice_timer);
4833         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4834
4835         /*
4836          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4837          * different from the queue that was idling if a new request
4838          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4839          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4840          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4841          * early.
4842          */
4843         if (bfqq)
4844                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
4845
4846         return HRTIMER_NORESTART;
4847 }
4848
4849 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4850                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4851 {
4852         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4853
4854         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4855         if (bfqq) {
4856                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4857
4858                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4859                              bfqq, bfqq->ref);
4860                 bfq_put_queue(bfqq);
4861                 *bfqq_ptr = NULL;
4862         }
4863 }
4864
4865 /*
4866  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4867  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4868  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4869  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4870  */
4871 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4872 {
4873         int i, j;
4874
4875         for (i = 0; i < 2; i++)
4876                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4877                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4878
4879         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4880 }
4881
4882 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4883 {
4884         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4885         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4886
4887         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4888
4889         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4890         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4891                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4892         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4893
4894         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4895
4896 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4897         /* release oom-queue reference to root group */
4898         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
4899
4900         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4901 #else
4902         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4903         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4904         kfree(bfqd->root_group);
4905         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4906 #endif
4907
4908         kfree(bfqd);
4909 }
4910
4911 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4912                                 struct bfq_data *bfqd)
4913 {
4914         int i;
4915
4916 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4917         root_group->entity.parent = NULL;
4918         root_group->my_entity = NULL;
4919         root_group->bfqd = bfqd;
4920 #endif
4921         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4922         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4923                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4924         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4925 }
4926
4927 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4928 {
4929         struct bfq_data *bfqd;
4930         struct elevator_queue *eq;
4931
4932         eq = elevator_alloc(q, e);
4933         if (!eq)
4934                 return -ENOMEM;
4935
4936         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4937         if (!bfqd) {
4938                 kobject_put(&eq->kobj);
4939                 return -ENOMEM;
4940         }
4941         eq->elevator_data = bfqd;
4942
4943         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4944         q->elevator = eq;
4945         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4946
4947         /*
4948          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4949          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4950          * will not attempt to free it.
4951          */
4952         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4953         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4954         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4955         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4956         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4957                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4958
4959         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4960         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4961
4962         /*
4963          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4964          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4965          * class won't be changed any more.
4966          */
4967         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4968
4969         bfqd->queue = q;
4970
4971         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4972
4973         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4974                      HRTIMER_MODE_REL);
4975         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4976
4977         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4978         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4979
4980         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4981         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4982         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4983
4984         bfqd->hw_tag = -1;
4985
4986         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4987
4988         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4989         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4990         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4991         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4992         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4993         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4994
4995         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4996
4997         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4998         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4999
5000         bfqd->low_latency = true;
5001
5002         /*
5003          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5004          */
5005         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5006         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5007         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5008         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5009         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5010         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5011                                               * Approximate rate required
5012                                               * to playback or record a
5013                                               * high-definition compressed
5014                                               * video.
5015                                               */
5016         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5017
5018         /*
5019          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
5020          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
5021          * the highest reference rate.
5022          */
5023         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5024                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5025         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5026         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
5027
5028         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5029
5030         /*
5031          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5032          * function is the head of a chain of function calls
5033          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5034          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5035          * has_work hook function. For this reason,
5036          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5037          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5038          * that can be initialized only after invoking
5039          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5040          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5041          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5042          * from invoking further scheduler hooks before this init
5043          * function is finished.
5044          */
5045         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5046         if (!bfqd->root_group)
5047                 goto out_free;
5048         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5049         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5050
5051         wbt_disable_default(q);
5052         return 0;
5053
5054 out_free:
5055         kfree(bfqd);
5056         kobject_put(&eq->kobj);
5057         return -ENOMEM;
5058 }
5059
5060 static void bfq_slab_kill(void)
5061 {
5062         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5063 }
5064
5065 static int __init bfq_slab_setup(void)
5066 {
5067         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5068         if (!bfq_pool)
5069                 return -ENOMEM;
5070         return 0;
5071 }
5072
5073 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5074 {
5075         return sprintf(page, "%u\n", var);
5076 }
5077
5078 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5079 {
5080         unsigned long new_val;
5081         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5082
5083         if (ret)
5084                 return ret;
5085         *var = new_val;
5086         return 0;
5087 }
5088
5089 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5090 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5091 {                                                                       \
5092         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5093         u64 __data = __VAR;                                             \
5094         if (__CONV == 1)                                                \
5095                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5096         else if (__CONV == 2)                                           \
5097                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5098         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5099 }
5100 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5101 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5102 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5103 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5104 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5105 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5106 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5107 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5108 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5109 #undef SHOW_FUNCTION
5110
5111 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5112 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5113 {                                                                       \
5114         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5115         u64 __data = __VAR;                                             \
5116         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5117         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5118 }
5119 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5120 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5121
5122 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5123 static ssize_t                                                          \
5124 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5125 {                                                                       \
5126         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5127         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5128         int ret;                                                        \
5129                                                                         \
5130         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5131         if (ret)                                                        \
5132                 return ret;                                             \
5133         if (__data < __min)                                             \
5134                 __data = __min;                                         \
5135         else if (__data > __max)                                        \
5136                 __data = __max;                                         \
5137         if (__CONV == 1)                                                \
5138                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5139         else if (__CONV == 2)                                           \
5140                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5141         else                                                            \
5142                 *(__PTR) = __data;                                      \
5143         return count;                                                   \
5144 }
5145 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5146                 INT_MAX, 2);
5147 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5148                 INT_MAX, 2);
5149 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5150 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5151                 INT_MAX, 0);
5152 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5153 #undef STORE_FUNCTION
5154
5155 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5156 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5157 {                                                                       \
5158         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5159         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5160         int ret;                                                        \
5161                                                                         \
5162         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5163         if (ret)                                                        \
5164                 return ret;                                             \
5165         if (__data < __min)                                             \
5166                 __data = __min;                                         \
5167         else if (__data > __max)                                        \
5168                 __data = __max;                                         \
5169         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5170         return count;                                                   \
5171 }
5172 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5173                     UINT_MAX);
5174 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5175
5176 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5177                                     const char *page, size_t count)
5178 {
5179         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5180         unsigned long __data;
5181         int ret;
5182
5183         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5184         if (ret)
5185                 return ret;
5186
5187         if (__data == 0)
5188                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5189         else {
5190                 if (__data > INT_MAX)
5191                         __data = INT_MAX;
5192                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5193         }
5194
5195         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5196
5197         return count;
5198 }
5199
5200 /*
5201  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5202  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5203  */
5204 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5205                                       const char *page, size_t count)
5206 {
5207         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5208         unsigned long __data;
5209         int ret;
5210
5211         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5212         if (ret)
5213                 return ret;
5214
5215         if (__data < 1)
5216                 __data = 1;
5217         else if (__data > INT_MAX)
5218                 __data = INT_MAX;
5219
5220         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5221         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5222                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5223
5224         return count;
5225 }
5226
5227 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5228                                      const char *page, size_t count)
5229 {
5230         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5231         unsigned long __data;
5232         int ret;
5233
5234         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5235         if (ret)
5236                 return ret;
5237
5238         if (__data > 1)
5239                 __data = 1;
5240         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5241             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5242                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5243
5244         bfqd->strict_guarantees = __data;
5245
5246         return count;
5247 }
5248
5249 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5250                                      const char *page, size_t count)
5251 {
5252         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5253         unsigned long __data;
5254         int ret;
5255
5256         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5257         if (ret)
5258                 return ret;
5259
5260         if (__data > 1)
5261                 __data = 1;
5262         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5263                 bfq_end_wr(bfqd);
5264         bfqd->low_latency = __data;
5265
5266         return count;
5267 }
5268
5269 #define BFQ_ATTR(name) \
5270         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5271
5272 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5273         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5274         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5275         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5276         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5277         BFQ_ATTR(slice_idle),
5278         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5279         BFQ_ATTR(max_budget),
5280         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5281         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5282         BFQ_ATTR(low_latency),
5283         __ATTR_NULL
5284 };
5285
5286 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5287         .ops.mq = {
5288                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5289                 .finish_request         = bfq_finish_request,
5290                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5291                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5292                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5293                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5294                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5295                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5296                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5297                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5298                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5299                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5300                 .has_work               = bfq_has_work,
5301                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5302                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5303         },
5304
5305         .uses_mq =              true,
5306         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5307         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5308         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5309         .elevator_name =        "bfq",
5310         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5311 };
5312 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5313
5314 static int __init bfq_init(void)
5315 {
5316         int ret;
5317
5318 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5319         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5320         if (ret)
5321                 return ret;
5322 #endif
5323
5324         ret = -ENOMEM;
5325         if (bfq_slab_setup())
5326                 goto err_pol_unreg;
5327
5328         /*
5329          * Times to load large popular applications for the typical
5330          * systems installed on the reference devices (see the
5331          * comments before the definitions of the next two
5332          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5333          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5334          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5335          * are computed over much shorter time intervals than the long
5336          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5337          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5338          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5339          * be run for a long time.
5340          */
5341         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5342         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5343         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5344         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5345
5346         /*
5347          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5348          * (see the comments before the definition of the array
5349          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5350          * transitions to the fast class. This is safer than the
5351          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5352          * class results in short weight-raising periods, because the
5353          * speed of the device then tends to be higher that the
5354          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5355          * transition to the fast class tends to increase
5356          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5357          */
5358         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5359         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5360
5361         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5362         if (ret)
5363                 goto slab_kill;
5364
5365         return 0;
5366
5367 slab_kill:
5368         bfq_slab_kill();
5369 err_pol_unreg:
5370 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5371         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5372 #endif
5373         return ret;
5374 }
5375
5376 static void __exit bfq_exit(void)
5377 {
5378         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5379 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5380         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5381 #endif
5382         bfq_slab_kill();
5383 }
5384
5385 module_init(bfq_init);
5386 module_exit(bfq_exit);
5387
5388 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5389 MODULE_LICENSE("GPL");
5390 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");